авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 11 |

«ОБОБЩЕНИЕ передово-о.опыта тяжеловесно-о.движения: вопросы.взаимодействия ;олеса.и.рельса ox GUIDELINES ...»

-- [ Страница 2 ] --

! Двхточечный онтат олеса и рельса при малой эффетивной онс ности. Этот вариант необходимо проверить а для новых, та и для из ношенных олес и рельсов. При этих словиях в дополнение лбриа ции реомендется обеспечить онформные профили олеса и рельса, посоль птем применения дрих помянтых в данном разделе o 2-19 x средств для лчшения распределения сил можно сделать лишь немно ое. Возможно, потребется становить новые предельные величины износа олеса и рельса. Имеются ораничения и на изменение онс ности олесной пары. Для достижения движения без онтата ребня с рельсом мот применяться профили с большой онсностью. Это до стиается, лавным образом, посредством асимметричноо шлифова ния олови рельса, причем полченный профиль не сохраняется в те чение длительноо времени и в словиях высоих осевых нарзо тре бет частоо восстановления, посоль действие поперечноо про сальзывания изнашивает поверхность атания олови рельса и ниве лирет резльтаты шлифования (см. рис 2.10). Поэтом для достижения доловременных резльтатов с помощью данной меры требется обес печить мониторин пти. Помимо этоо, асимметричное шлифование порождает большие напряжения на вырже олови рельса и обс ловливает преждевременные сталостные повреждения, за вознинове нием оторых необходимо следить. Большая онсность профиля олес может таже приводить нестойчивости движения подвижноо соста ва в прямых. По этой причине любые изменения профиля олеса, вед щие величению онсности, должны быть проверены на прямых частах пти.

! Неадеватное возвышение наржноо рельса в ривых. Чрезмерное возвы шение наржноо рельса может приводить том, что тележа бдет стараться развернться в ривой, чтобы противостоять действющим на нее при движении силам. Это обсловливает величение ла набеа ния, интенсифиацию поперечноо рипа и рост резльтирющих сил, действющих на ребне олеса. Чтобы вертиальные силы, действю щие на наржный и внтренний рельс, были примерно равными, необ ходимо, чтобы сорость движения в ривой соответствовала фати чесом возвышению наржноо рельса. Это предотвратит перерз одной из рельсовых нитей в словиях тяжеловесноо движения. Увели чение ла набеания сазывается на силах, действющих на централь ню опор. Связь межд поперечными силами, действющими на цент ральню опор, и лом набеания поазана на рис. 2.22.

Уменьшение Fпоперечн.

Увеличение Рис. 2.22. Силы, действю щие на центральню опор Fпоперечн тележи в зависимости от ла набеания o 2-20 x Рис. 2.23. Радиальная станова олесных пар в ривой Центр кривой ! Точность направления в рельсовой олее. Следет проверить весь эспла тиремый пар подвижноо состава на точность направления в олее, посоль неоторые ваоны мот изменять свое положение относи тельно оси пти при движении в одних ривых и вести себя по-дром в дрих.

! Рациональная связь межд тележой и зовом эипажа. Необходимо оценивать сопротивление ловом поворот тележи относительно зова.

2.3.2.2.2. Тележ%и'с'малой'жест%остью'на'из2иб В тележах, называемых самостанавливающимися, использются про дольные силы рипа, возниающие межд олесной парой и рельсом, для сжатия/растяжения продольных пржин, оторые обеспечивают жестость на изиб. Это позволяет осям олесных пар станавливаться в ривых поч ти в радиальное положение, а поазано на рис. 2.23. При этом попереч ные силы рипа снижаются почти до нля, что позволяет предотвратить возниновение сил на ребне олеса и их вредное воздействие на рельс, последствия отороо продемонстрированы на рис. 2.10.

2.4. Системы'рессорно2о'подвешивания,'применяемые на'пра%ти%е'в'тяжеловесном'движении 2.4.1. Тележ%и'для'больше2рзных'ва2онов Ка отмечено выше, в ваонах для тяжеловесноо движения использ ются преимщественно трехэлементные тележи. На ряде железных доро применяются таже тележи разных онстрций, имеющие свойство са мостанови. В данном разделе рассматриваются а обычные, та и само станавливающиеся тележи.

o 2-21 x 2.4.1.1. Обычная(трехэлементная(тележ1а Хотя таие тележи именются трехэлементными, в них, помимо боо вин и шворневой бали, имеется мноо дрих онстртивных элемен тов. Кроме тоо, для лчшения ходовых харатеристи тележе в них был внесен ряд совершенствований. Ниже рассмотрены совершенствован ные элементы рессорноо подвешивания и неоторые дополнения основной онстрции.

2.4.1.1.1. Компле1т(пр5жин(вторично8о(подвешивания Комплет пржин второй стпени рессорноо подвешивания трехэле ментной тележи расположен в проеме боовины, де он опирается на нездо и поддерживает шворневю бал, таже выходящю в проем бо овины (рис. 2.24). Комплет состоит из определенноо числа двхрядных (внтренних и наржных) пржин, навитых при изотовлении в орячем состоянии, и фриционных линовых амортизаторов. Число пржин и их харатеристии зависят от рзоподъемности онретноо ваона. Фри ционный амортизатор обычно состоит из литых линьев, становленных межд стойами боовины и шворневой балой и поддерживаемых ста билизирющими пржинами. Подвешивание таоо типа сонстрировано таим образом, чтобы межд вертиальной поверхностью лина и изнаши ваемой планой на стойе боовины возниали силы трения, обеспечи вающие определенное положение шворневой бали и боовины относи тельно др дра. Оно таже способствет ораничению виляния тележи.

Созданию оптимальной онстрции омплета пржин вторичноо подвешивания на пратие препятствют следющие фаторы:

! ораниченное пространство для размещения элементов подвешивания;

! допстимые предельные напряжения в элементах подвешивания;

! предельные деформации пржин под нарзой;

! харатеристии тележи по направлению в олее;

! стоимость изотовления и техничесоо обслживания.

Первичное подвешивание Вторичное подвешивание Рис. 2.24. Трехэлементная тележа o 2-22 x 2.4.1.1.2. Фри$ционные*амортизаторы Ка азано ранее, линья фриционных амортизаторов, становлен ные межд шворневой балой и боовиной и поддерживаемые стабили зирющими пржинами, предназначены для демпфирования динамиче сих реаций ходовой части ваона, движщеося по неровностям пти. В тяжеловесном движении применяются фриционные амортизаторы двх типов: с постоянным трением и чвствительные изменениям нарзи, а поазано на рис. 2.25 и 2.26. Харатеристии фриционноо амортиза тора с постоянным трением не зависят от нарзи ваона, в то время а онстрция, чвствительная изменениям нарзи, обеспечивает более эффетивное фриционное демпфирование при большей нарзе.

В онстрциях с фриционными линовыми элементами использет ся свойство диссипации энерии при трении стали о сталь. Однао при определенных обстоятельствах, таих, а движение с высоой соростью или недовлетворительное состояние пти, имеет место интенсивное изна шивание трщихся поверхностей. В резльтате линья выходят за поверх Фрикционный Шкворневая клин балка Клиновая Окно пружина боковины Рис. 2.25. Демпферы посто янноо трения Фрикционный Шкворневая клин балка Окно боковины Клиновая пружина Рис. 2.26. Фриционные демпферы, чвствительные величине нарзи o 2-23 x Поднятие фрикционного Рис. 2.27. Поднятие фри Поднятие фрикционного ционноо лина вследст клина над шкворневой клина вследствие балкой его износа вие износа Предел изнашивания клина a b ab Новое или Изношенное восстановленное состояние состояние Изношенные планки боковины Фрикционный клин Фрикционный клин Механические стопоры на наклонных поверхностях Шкворневая балка Вертикальная динамическая сила Фрикционный клин Фрикционный клин Перекос (разворот) клина Шкворневая балка Рис. 2.28. Переос (разворот) фриционных линьев вследствие износа боовины при пе реходе от порожнео рженом режим o 2-24 x ность шворневой бали и изнашиваемой плани в проеме боовины (рис. 2.27), что приводит меньшению сил фриционноо демпфирова ния и изменению вертиальной, поперечной жестости и сопротивляе мости параллелораммированию рамы тележи. Таие изменения мот приводить хдшению динамии движения подвижноо состава. С др ой стороны, потеря подвижности рессорноо подвешивания вследствие схватывания линьев в резльтате их переоса из-за износа онтатирю щих поверхностей боовины (рис. 2.28) приводит том, что в онтат межд олесом и рельсом передаются большие дарные нарзи, оторые не тольо повреждают онстртивные элементы ваона, но и ведт соренном наршению параметров птевой стртры.

Для предотвращения повышенноо износа и схватывания линьев на неоторых железных дороах использют прие фриционные элементы, выполненные из ретановых эластомеров, оторые значительно снижают износ. В таих онстрциях способность фриционном демпфирова нию и сопротивляемость параллелораммированию тележи сохраняется в течение более длительноо времени и меньшает необходимость в реляр ном восстановлении налонных поверхностей шворневой бали.

В ваонах, предназначенных для перевози рпноабаритных онтей неров, в целях снижения вертиальных олебаний зова при движении с высоой соростью, лчшения ходовых харатеристи, минимизации сил во взаимодействии олеса и рельса, возниающих вследствие плохой ди намии ваона, и предотвращения повреждений перевозимоо рза ис пользются идравличесие амортизаторы.

2.4.1.1.3. Адаптеры)подшипни.ов Одной из фнций адаптеров подшипниов является частие в предот вращении ослабления связности трехэлементной тележи. Недостаточная связность может быть причиной сильноо виляния тележи при движении с низой соростью. В таих словиях адаптеры подшипниов интенсивно изнашиваются, что еще более снижает связность тележи. По этой причи не для обычных трехэлементных тележе очень важно ораничивать износ в зонах адаптеров подшипниовых бс и фриционных линьев. Изна шивание адаптеров можно меньшить птем применения жестих резино вых проладо, хорошо работающих на сдви (рис. 2.29).

Упругая прокладка, работающая на сдвиг Рис. 2.29. Адаптер подшипниа с работаю щей на сдви амортизационной пролад- Адаптер ой подшипника o 2-25 x 2.4.1.1.4. Констр'(ции,+'величивающие+жест(ость тележ(и+на+сдви Применение пржинных плано (рис. 2.30), диаональных связей меж д боовинами (рис. 2.31) и фриционных линьев повышает жестость трехэлементной тележи на сдви. При этом за счет определенной мяос ти пржин обеспечивается податливость в поперечном направлении. В от стствие больших поперечных сил на фриционных линьях, для тоо что бы еще более смячить ходовые свойства эипажа в поперечном направле нии, использется онстрция с подвесами и шарнирами (см. рис. 2.30).

Та называемая люлечная тележа (см. рис. 2.30) создана для лчше ния поперечной динамии посредством применения онстрции, эви валентной маятниовом подвешиванию. Шворневая бала таой тележ и опирается на пржины через пржинню план, оторая держится на продольных призматичесих опорах на дне проемов боовин. В свою оче редь, боовины оснащены подобными призматичесими опорами в зоне бсовых проемов, де становлены адаптеры подшипниов. Боовины Рис. 2.30. Трехэлементная тележа с пржинной планой и маятниовым стройством o 2-26 x Рис. 2.31. Трехэлементная тележа с диаональными связями межд боовина ми выстпают в ачестве элементов ачающейся подвеси. Пржинная план а, соединяющая боовины, предохраняет их от потери связей др с др ом, что снижает слонность тележи вилянию.

Одним из наиболее дачных способов борьбы с вилянием тележи яв ляется использование связей межд боовинами, а поазано на рис. 2.31.

В этой онстрции межд боовинами становлены диаональные связи, а межд бсовыми проемами боовин и адаптерами подшипниов — демп фирющие пролади.

Тележи, в онстрции оторых предсмотрена повышенная жест ость на сдви, часто выполняются таим образом, что имеют возможность неотороо поворота осей олесных пар относительно др дра, что до стиается становой эластичных проладо межд орпсами бс и б совыми проемами боовин или допщением неоторой степени свободы перемещений в этих зонах. Вместе с тем подобные онстрции мот оа заться слишом податливыми в продольном направлении при больших тормозных силиях.

2.4.1.1.5. Сопротивление+поворот,+тележ.и Сопротивление поворот тележи относительно зова является важ ной харатеристиой с точи зрения стойчивости движения и предотвра щения виляния трехэлементной тележи. Сопротивление поворот тележ и зависит в основном от трения в центральной опоре, но на нео мот влиять таже харатеристии пржин и/или идравличесих демпферов системы рессорноо подвешивания. Эти три основных фатора можно обобщить следющим образом:

! Фриционное сопротивление поворот. В слчае фриционноо сопро тивления вращающий момент величивается до тех пор, поа не превы сит момент трения. После этоо возниает интенсивное сольжение, o 2-27 x сопровождающееся диссипацией энерии в процессе трения. Возвра щающих сил при этом нет.

! Сопротивление пржин. Если в ачестве элемента, ораничивающео по ворот, выстпают пржины, то имеет место постоянное величение воз вращающих сил по мере вписывания тележи в ривю. Пржины, взя тые изолированно, не мот диссипировать энерию поворота и спо собны тольо влиять на собственные частоты рессорноо подвешива ния.

! Сопротивление демпферов. Гидравличесие амортизирющие стройства не оазывают дополнительноо сопротивления поворот тележи при вписывании в ривю, но обладают свойством полощения динами чесой энерии вращения при движении в прямой.

Обеспечение сопротивления поворот тележи за счет трения в опорах и прости пржин не требет дополнительных затрат и способствет до стижению омпромисса межд параметрами стойчивости против виляния и вписывания в ривые. Использование идравличесих стройств обхо дится дороже и не обеспечивает омпромисс межд вилянием и вписыва нием в ривые. Эти стройства применяются в основном в совершенство ванных тележах.

Во всех слчаях рассмотренные фаторы вполне довлетворительно способствют меньшению виляния трехэлементных тележе. В общем слчае применение дрих средств не приносит дополнительных преим ществ для большинства трехэлементных тележе. Однао боовые опоры постоянноо онтата в неоторой степени дают возможность ораничи вать виляние, что позволяет снизить эсплатационные расходы и лч шить ходовые харатеристии тележе.

Ниже рассмотрены четыре основных типа боовых опор.

Боовые опоры непостоянноо онтата (рис. 2.32). При использовании боовых опор таоо типа онтат межд зовом ваона и боовой опо рой имеет место в слчаях значительных переосов пти или/и при нали чии поперечных центробежных сил, действющих на зов. Основным предназначением боовых опор непостоянноо онтата является орани чение перемещений зова, но они не повышают стойчивость движения эипажа. Таие опоры обычно применяются в сочетании с самостанавли вающимися трехэлементными тележами.

Уприе боовые опоры постоянноо онтата (рис. 2.33). Опоры этоо типа обеспечивают неоторое прое (пржинное) сопротивление не большим перемещениям шворневой бали относительно рамы зова.

Это решение приодно в основном для ваонов сравнительно небольшой рзоподъемности.

Ролиовые боовые опоры постоянноо онтата (рис. 2.34). Таие боо вые опоры обеспечивают малое сопротивление поворот тележи и слжат для ораничения перемещения зова ваона.

Уприе боовые опоры постоянноо онтата в сочетании с ролиами (про-атовые опоры, рис. 2.35). У опор этоо типа прие элементы обеспечивают правляемый ровень виляния ваона а в порожнем, та и o 2-28 x Боковая опора Центральная опора Рис. 2.32. Боовые опоры непостоянноо онтата Рис. 2.34. Ролиовые боовые опоры посто янноо онтата Рис. 2.33. Уприе боовые опоры постоян- Рис. 2.35. Уприе боовые опоры постоянно ноо онтата о онтата в сочетании с ролиами в рженом состоянии, в то время а ролиовые элементы, восприни мающие бльшю часть нарзи, позволяют тележе поворачиваться от носительно зова с сщественно меньшим сопротивлением, чем если бы эти большие нарзи воспринимались элементами с трением сольжения, а не ачения.

Очень важно посредством правильноо релирования боовых опор не допсать разрзи отдельных олес по сравнению с дрими. Кроме тоо, следет отметить, что при использовании опор с бльшим момент ным плечом создается большее фриционное сопротивление. Это сопро тивление должно омпенсироваться применением ролиовых и/или пр их элементов в боовых опорах постоянноо онтата.

o 2-29 x 2.4.1.2. Трехэлементные+тележ-и+с+различными способами+6станов-и Традиционные трехэлементные тележи, оторые в течение длительно о времени являлись стандартными для рзовых ваонов, имеют преим щество малой стоимости изотовления и техничесоо обслживания. В то же время таим тележам свойственны определенные недостати: они не стойчивы при движении с высоой соростью, недовлетворительно впи сываются в ривые, из-за чео имеет место высоая интенсивность изна шивания ребней олес и боовой поверхности олови рельсов;

значи тельные поперечные силы и сопротивление поворот мот быть причи ной схода с рельсов.

В обычных трехэлементных тележах межосевая жестость на сдви и изиб, необходимая для обеспечения стойчивости, достиается за счет по перечной и продольной жестости первой стпени рессорноо подвешива ния межд олесными парами и рамой тележи. Посоль жестость по перечноо и продольноо подвешивания действет последовательно, сни жение жестости на изиб вызывает снижение жестости на сдви, таим образом ораничивая допстимю в эсплатации сорость движения.

Для оптимизации харатеристи вписывания в ривые необходимо меньшее, чем обычных тележе, сопротивление поворот относительно зова. Это требет применения непосредственных связей межд осями олесных пар, выполненных та, чтобы достиалась межосевая жестость на сдви, независимая от межосевой жестости на изиб.

Таим образом, в рессорном подвешивании тележи в связях межд о лесными парами нжны стройства, оторые обеспечивали бы фатичеси чистое ачение олесной пары при движении в ривых и необходимю стойчивость в прямых. Соответствющие техничесие решения найдены в онстрциях самостанавливающихся или приндительно станавли вающихся тележе. Главные преимщества станавливающихся тележе залючаются в пониженной интенсивности изнашивания ребней олес, лчшенном соотношении боовой и вертиальной нарзо, меньшем со противлении движению в ривых, большей сопротивляемости вилянию и сход с рельсов.

2.4.1.2.1. Само6станавливающиеся+ трехэлементные+тележ-и Исследования поазали, что для обеспечения динамичесой стабиль ности движения подвижноо состава требется определенная степень жестости межд олесными парами на сдви и изиб в тележе. Для обес печения межосевой жестости на сдви в стандартных тележах использ ется жестость рамы, и в тележах с жестой рамой достиается достаточ ная межосевая жестость на сдви. Однао в трехэлементной тележе жестость на сдви недостаточна для обеспечения оптимальной стойчи вости движения. Кроме тоо, если для передачи сдвиовых реаций межд o 2-30 x олесными парами использется рама, требются строие ораничения по ворот олесных пар. В станавливающихся тележах это невозможно.

Следовательно, для обеспечения нормальноо вписывания и стойчивости движения необходима межосевая жестость на сдви, независимая от ора ничений поворот олесных пар. В этом слчае продольная и поперечная жестость первичноо подвешивания должны подбираться таим образом, чтобы обеспечить нормальное вписывание, стойчивость и ходовые хара теристии тележи.

Этот подход привел разработе самостанавливающихся трехэлемент ных тележе различных онстрций, например с диаональными анер ными связями, с сочлененной рамой и с радиальными рычаами. Уазан ные онстрции рато рассмотрены ниже.

2.4.1.2.1.1. Тележ%а'с'пере%рестными' ан%ерными'связями В тележе с перерестными анерными связями (рис. 2.36) сохранены трехэлементная онстртивная схема рамы, а таже чвствительное на рзе вертиальное и поперечное демпфирование, но вместе с тем введе ны работающие на сдви прие пролади орпсов подшипниов бс, чтобы онтролировать поворотные перемещения олесных пар и обеспечивать дополнительню межосевю жестость на сдви, независи Рис. 2.36. Тележа с пере рестными анерными связями o 2-31 x Рис. 2.37. Тележа с со члененной рамой мю от ораничений, налааемых трехэлементной онстрцией рамы те лежи.

При этом межосевая жестость на сдви достиается диаональными связями орпсов бс с помощью перерестных анерных связей.

2.4.1.2.1.2. Тележ%а'с'сочлененной'рамой В трехэлементной тележе с сочлененной рамой (рис. 2.37) применена пара подвижных рычаов, связанных др с дром с помощью проо сочленения, расположенноо в центре тележи. Эта онстрция обеспе чивает пониженню межосевю жестость на изиб, что лчшает способ ность вписыванию в ривые, и величенню межосевю жестость на сдви, что способствет достижению необходимой стойчивости в прямых.

2.4.1.2.1.3. Тележ%а'с'радиальными'рыча3ами Констртивная схема тележи с радиальными рычаами (рис. 2.38) яв ляется дальнейшим развитием схемы с диаональными анерными связя ми. Подобно тележе с диаональными связями, две ее олесные пары со единены та, чтобы обеспечивалась сдвиовая связь межд ними. Этоо нельзя достичь в схеме с диаональными анерными связями, оторые должны проходить через шворневю бал и соединяться с боовинами, o 2-32 x Рис. 2.38. Тележа с ради альными рычаами но можно с помощью радиальных рычаов, оторые размещаются снаржи боовин. В трехэлементной тележе радиальные рычаи интерирются с адаптерами, становленными на подшипни ассетноо типа.

2.4.1.2.2. Трехэлементные+тележ-и+ с+прин1дительной+1станов-ой В этих тележах связи выполняют фнции а стабилизации положе ния, та и радиальной станови осей олесных пар. Обычно принди тельно станавливаемые тележи имеют внешнее и/или внтреннее соеди нение олесных пар с рамой тележи и зовом ваона посредством верти альных рычаов. Межосевая жестость на сдви остается зависимой от поперечной жестости первой стпени рессорноо подвешивания.

2.4.2. Тележ-и+ло-омотивов Лоомотивные тележи обычно имеют рам жестой онстрции, о торю можно использовать, посоль лоомотивов в эсплатации не происходит значимоо изменения массы (в противоположность ваонам, оторые мот быть порожними или ржеными). Преимщество тележи с жестой рамой состоит в том, что она обеспечивает стойчивю основ для тяовых двиателей и привода, необходимю, чтобы передавать боль шие тяовые силия. Кроме тоо, стоимость лоомотивной тележи нес o 2-33 x Рис. 2.39. Узел бсо Пружины вой направляющей ло первичного подвешивания омотивной тележи Корпус подшипниковой буксы Буксовая направляющая щественна по сравнению с общей стоимостью лоомотива. В таой тележ е можно обеспечить хорошие ходовые харатеристии при движении в прямых и ривых, точно рассчитывая онстрцию рамы и ее омпонен тов, таих, а бсовые направляющие (рис. 2.39).

В резльтате применения совершенствованноо асинхронноо тяово о привода, новых омпьютерных систем правления, радиально стана вливающихся тележе далось повысить тяовое силие и ровень сцепле ния современных лоомотивов. В радиальных тележах олесные пары станавливаются более точно по отношению направлению движения, вследствие чео достиается более равномерное распределение сил рипа, что, в свою очередь, лчшает тяовые харатеристии. К разработам по следнео времени относятся шестиосные лоомотивы с радиальными те лежами. Изотовителями заявлено, что эти лоомотивы мот развивать сил тяи до 610 Н в продолжительном режиме при оэффициенте сцеп ления 35 %.

2.5. Разработ(а)профилей)рельса)и)(олеса В этом разделе рассмотрены применяемые на пратие профили, очер тания оторых состоят из ривых разноо радиса, а таже даны обоснова ния выбора тоо или иноо профиля. Основное внимание делено сложно м взаимодействию олеса и рельса, представляющем собой сочетание аспетов механии онтата, триболоии и динамии подвижноо состава.

Затронты вопросы влияния различных еометричесих параметров пти, а таже механии онтатноо взаимодействия, оторые еще не вполне из o 2-34 x чены. Однао разработчии профилей при принятии решений должны прежде всео ориентироваться на сеодняшние потребности и наоплен ный настоящем времени опыт, чтобы обеспечить оптимальню работо способность олеса и рельса. Для этоо следет роводствоваться лоиче сим подходом и основываться на современном ровне знаний по данным вопросам.

2.5.1. Основные(положения Ниже приведены основные соображения, оторые должны быть приня ты во внимание при выборе профилей рельса и олеса.

1. Контат не распространяется по всей поверхности рельса и олеса.

Этим очевидным тверждением зачастю пренебреают. Сама природа про филей рельса и олеса препятствет полном онтат. Контат ораничен областями, выделенными на рис. 2.40, и предполаает изменение очерта ний профиля рельса и олеса. При этом возниают вопросы: а лбои эти изменения, аим очертаниям они приводят, аовы допстимые пределы этих изменений и с аой интенсивностью они происходят.

2. Контат неравномерно распределен в областях, поазанных на рис.2.40.

При движении в прямых онтат олеса и рельса имеет место преимще ственно в средней части поверхности атания обода (рис. 2.41). Сосредото Рис. 2.40. Потенциальные области онтата рельса и олеса Коническое колесо на выпуклой части головки рельса малого радиуса Профилированное колесо Рис. 2.41. Распределение онтата на поверхности атания олеса в прямой o 2-35 x чение онтата в зой центральной зоне в наибольшей мере проявляется при сочетании олес с чисто оничесим профилем обода и рельсов с про филем большой ривизны и в меньшей степени при олесах с профилиро ванным ободом и относительно плосих рельсах. Полоса онтата более чето выражена при большем постоянстве ширины рельсовой олеи. Нж но избеать двхточечноо онтата межд ободом олеса и оловой рель са в прямых, посоль он приводит онтат поверхностей с величен ной онсностью и розит нестойчивостью движения эипажа.

Распределение онтата по профилю олеса в ривых пратичеси симметрично, если на линии имеется примерно равное число левых и пра вых ривых. Распределение онтата по профилю рельса асимметрично и зависит от преимщественноо направления движения поездов в ривой.

При использовании профилированных олес онтат наржноо олеса первой по направлению движения олесной пары происходит ближе основанию ребня и рабочей вырже олови рельса, чем наржноо о леса второй олесной пары (рис. 2.42). Подобные различия в харатере онтата имеют место и в отношении внтреннео рельса. Эти различия мот быть полезны, та а меньшают число цилов наржения до на опления онтатной сталости в олесе и рельсе. Контатные напряже ния и силы рипа в ривых выше, чем в прямых. При оничесих олесах онтат сосредоточен в средней части олови рельса. На ободе олеса зо на онтата смещается от центра наржной боовой поверхности на ве личин поперечноо смещения олесной пары. Этот эффет онцентра ции онтата на олесе и рельсе приводит меньшению сталостной дол овечности рельса.

Коничесий профиль поверхности атания олес непостоянен, та а быстро изнашивается и переходит в более онформный профиль. Поэтом он ислючен из дальнейшео рассмотрения.

Первая по направлению движения колесная пара Рис. 2.42. Распределение зон онтата на первой и второй по направле нию движения олесных парах и рельсах в ривой Вторая колесная пара o 2-36 x Рис. 2.43. Колесо с про атом вызывает повреж дение рельсов 3. Прямое соотнесение онтата и износа с рипом неправомочно, посоль не читывает поперечноо течения материала по профилю. Модели, про нозирющие изменение очертаний олеса и рельса, должны принимать во внимание не тольо даление материала, обсловленное работой сил трения, но и перемещение материала по профилю. Изменение очертаний олеса и рельса налядно представлено на рис. 2.10 и 2.43, описано в рабо те Дж. Калосеа (J. Kalousek) [2.4] и отмечено в наблюдениях автора. Эти вопросы рассмотрены далее.

2.5.2. Разделение)профилей)/олеса)и)рельса на)ф2н/циональные)области Фнционально профили рельса и олеса можно разделить на следю щие области (рис. 2.44):

! область A — онтат межд средней частью олови рельса и обода о леса;

! область В — онтат межд выржой олови рельса и алтелью в основании ребня;

! область С — онтат межд наржными зонами рельса и олеса.

2.5.2.1. Область)A:)/онта/т)межд2)средней)частью олов/и)рельса)и)обода)/олеса В этой области онтат возниает наиболее часто при движении по движноо состава в прямых и ривых относительно большоо радиса (не станавливающиеся тележи) или в ривых малоо радиса (радиальные тележи). В резльтате сочетания азанных словий и еометрии рельса и олеса происходит следющее:

! онтатные напряжения межд рельсом и олесом самые низие из всех возможных;

Область С Область А Обла ст ь В Рис. 2.44. Фнциональные области он тата в системе рельс — олесо o 2-37 x ! поперечное просальзывание и соптствющие ем силы рипа низие, особенно если ходовая часть подвижноо состава не подверается воз действию неровностей пти или сохраняет стойчивость;

! продольное просальзывание и соптствющие ем силы рипа боль ше, чем поперечное, что создает блаоприятные словия для стойчи вости эипажа;

! допстимая сорость движения выше, чем в ривых меньшео радиса.

Эта область онтата рассчитывается прежде всео на оптимизацию стойчивости движения подвижноо состава с обеспечением в то же время разности диаметров ачения олес достаточной, чтобы, соласно модели Ньюланда (Newland), вписываться в ривые относительно большоо ради са (для нестанавливающихся тележе) и меньшео радиса (для само станавливающихся тележе). Чтобы меньшить интенсивность износа этой области, онсность здесь должна быть настольо мала, насольо это возможно с четом требований вписыванию, предсматривающих распространение онтата на а можно бльшю часть ширины обода о леса. Голова рельса в этой области зарлена по радис, и предпочти тельными являются профилированные олеса.

Консность и разность радисов можно рассчитать с помощью еомет ричесих или более сложных численных методов, обычно использемых в расчетах динамии мноомассовоо железнодорожноо подвижноо соста ва. При выборе онсности должен быть соблюден баланс межд более низими онтатными напряжениями, имеющими место при онформ ном онтате с одинаовой ривизной профилей олеса и рельса, и ре зльтирющей большей онсностью, вызывающей нестойчивость по движноо состава. Необходимо любой ценой избеать двхточечноо он тата из-за связанных с ним высоой онсности и износа.

Адеватный зазор в олее в прямых должен быть вязан с пониженной онсностью и распределением зон онтата по поверхности олеса. Этот зазор может быть полчен за счет величения ширины олеи, меньшения толщины ребня (если износ ребня не является проблемой) и расстояния межд олесами при их напрессове на ось или омбинацией этих спосо бов.

При использовании слишом мяих рельсов необходимо обеспечивать бльшю разность радисов профилей олеса и рельса, чтобы противосто ять эффет выравнивания, вызванном течестью материала. По следствия этоо, вероятно, придется странять шлифованием.

Необходимо читывать онсность новоо и изношенноо профилей.

Хорошее направление в олее может приводить возниновению проата на поверхности атания обода олеса и изменению начальной онсности.

Этот процесс должен быть под онтролем, чтобы держать онсность в пределах, обеспечивающих стойчивость эипажа. Сдви онтата в на ржные области рельса и олеса стимлирется распространением радиса профиля олеса за оничесю часть наржной стороне рельса.

o 2-38 x 2.5.2.2. Область(В:(*онта*т(межд1(вы*р1ж*ой(6олов*и рельса(и(6алтелью(в(основании(6ребня Посоль площада онтата в этой области мала, онтат зачастю харатеризется весьма сложным напряженным состоянием. Если прист ствет двхточечный онтат, он сопровождается высоими темпами изна шивания и течения материала. В слчае одноточечноо онтата преобла дают высоие онтатные напряжения в сочетании с вращательным и ин тенсивным продольным просальзыванием. Контат в зоне рабочей вы ржи рельса неразрывно связан с большими лами набеания и попе речным просальзыванием.

Гребневой онтат непременно происходит в неоторых местах пти — в ривых малоо радиса и там, де не выдерживается положение пти в плане, а таже там, де есть наршения непрерывности поверхности ата ния рельсов: на стрелочных переводах и лхих пересечениях, стыах и пробосовинах. Если ребневой онтат неправильно рассчитан, мот возниать повреждения рельса и олеса или наршения направления по движноо состава в олее и стойчивости движения.

Сществют три возможных слчая, оторые должны читываться при рассмотрении ребневоо онтата. Это двхточечный онтат, одноточеч ный онтат и онформный онтат, проиллюстрированные на рис. 2.45.

2.5.2.2.1. Дв1хточечный(*онта*т Этом вид онтата присщи интенсивное просальзывание и изна шивание, если имеют место боовые силы на ребне и поперечное про сальзывание, а это происходит в ривых. В этих словиях износ ребня олеса соряется, поа очертания ребня не бдт соответствовать очерта ниям рельса. Контат здесь зачастю настольо интенсивный, что проис ходит пластичесое течение материала на ребне олеса (рис. 2.46). Ка поазывает опыт, ребень часто подрезается при любом слое смазочноо материала, внесенноо в зон онтата.

Встречаются тверждения, что при двхточечном онтате рельс меньше повреждается, та а вертиальная нарза не действет на рабочю вы рж олови рельса. Кроме тоо, на рельсы, оторых проявляются он татно-сталостные дефеты выржи олови, распространяется мнение, что это вызвано недовлетворительным техничесим обслживанием в прошлом. Этот вид онтата, однао, ораничивает величин разницы диа метров ачения и способность самостанове тележе при движении в ри вых. Если не принимать ниаих противомер, мот создаться еще хдшие словия онтата. Сществет, например, метод слаживания выржи.

При этом происходит следющее. Сначала снимается металл с рабочей выржи олови рельсов (рис. 2.47), затем из-за двхточечноо онтата произойдет изнашивание олес до новоо профиля в основании ребня (рис. 2.48). Затем снова проводится слаживание рабочей выржи рельса (рис. 2.49), и та далее. Чем это заончится? Возможно, потенциально опас ной высоой онсностью олеса и одноточечным онтатом межд олесом o 2-39 x Двухточечный контакт Рис. 2.46. Пластичесое течение материалов при интенсивном двхточечном онтате Одноточечный контакт Рис. 2.47. Снятие металла с рабочей вы ржи олови рельса Конформный контакт Рис. 2.48. Колеса изнашиваются, принимая Рис. 2.45. Три основные формы ребневоо форм вновь образовавшейся рабочей вы онтата ржи Рис. 2.49. Повторное слаживание рабочей Рис. 2.50. Резльтирющие большая онс выржи ность и высоие онтатные напряжения в прямой o 2-40 x и рельсом при движении в прямых, а поазано на рис. 2.50. Все же, невзи рая на отмеченные недостати, слаживание рабочей выржи инода рас сматривают а способ продления работы рельса, хотя и на оротий сро.

2.5.2.2.2. Одноточечный*+онта+т Контат этоо типа, возможно, наносит наибольшие повреждения по движном состав и пти. Высоие онтатные напряжения, имеющие место в словиях интенсивноо просальзывания, вызывают сталостные повреждения на рабочей вырже рельса.

Все же одноточечный онтат рассматривается а приемлемый для прямых частов пти, посоль трдно представить, что имеющие место малые лы набеания приведт чрезмерном износ и изменению исход ноо профиля олеса. Таие словия способствовали бы меньшению о нсности и, следовательно, повышению стойчивости движения подвиж ноо состава в прямых. Однао не следет доходить до райностей, та а это бдет вредить способности ходовой части подвижноо состава стана вливаться по оси прямоо пти, что приведет интенсифиации изнаши вания поверхности атания и ребня олеса, делая ео несимметричным, и в дальнейшем хдшению направления в олее.

При этом даже в самом блаоприятном слчае возможно вознинове ние параллельных трещин на олове рельса, а в самом неблаоприят ном — разршение рабочей выржи рельса (рис. 2.51), что связано не тольо с интенсивным продольным просальзыванием, вызывающим те чение материала рельса, но и, что более опасно, с нестойчивостью по движноо состава, выражающейся в вилянии, из-за отороо боовой из нос пти сщественно соряется.

Одноточечный онтат возниает в резльтате:

! неправильноо расчета профилей олеса и рельса;

! площения олови рельса в процессе эсплатации (рис. 2.52);

! чрезмерноо проата поверхности атания олеса (рис. 2.53).

Рис. 2.51. Повреждения рабочей выржи олови рельса Рис. 2.52. Колесо с проатом наржает Рис. 2.53. Одноточечный онтат возниает в рабочю вырж площенной олови резльтате проата на поверхности атания рельса олеса o 2-41 x 2.5.2.2.3. Конформный)*ребневой).онта.т Конформный онтат возниает по мере износа рабочей выржи рельса и ребня олеса до общео профиля вследствие интенсивноо реб невоо онтата в ривых. Отмечено, что этот профиль примерно одина ов при различных словиях ребневоо онтата на разных железных до роах. Пример онформноо профиля приведен на рис. 2.54. Не следет птать этот профиль с тем, оторый вырабатывается на рабочей вырже рельса в резльтате одноточечноо онтата.

О сложных словиях онтата, при оторых формы онтатирющих поверхностей становятся и остаются подобными, известно немноо (При мечание переводчиа: об словиях подобноо изнашивания и образования оптимальноо онформноо профиля изложено в работе [3.83]), но можно отметить следющее:

! относительное просальзывание величивает зон онтата (рис. 2.55);

! дельное давление меньшается;

! два вышеазанных фатора действют примерно та же, а в модели «постоянный износ — неравные давления», применяемой дисам мфты сцепления;

! по всей вероятности, имеет место неоторое течение материалов в на правлениях, поазанных на рис. 2.55.

Типичная геометрия конформного Рис. 2.54. Профиль онформноо онтата профиля в зоне галтели гребня, соответствующая профилю рельса R R R Нормальное давление Момент вращения Уменьшение Поперечное проскальзывание удельного давления Пластическое течение Рис. 2.55. Модель постоян материала ноо изнашивания, свя Увеличение занноо с ребневым он относительного татом проскальзывания o 2-42 x Каов бы ни был механизм онформноо онтата, профили рельса и олеса, изношенные до соответствющей ем онфирации, спешно ее сохраняют и поазывают хорошю работоспособность с точи зрения ста лостной доловечности.

Профиль этоо типа обладает рядом преимществ, залючающихся в том, что:

! он сохраняет свою онфирацию;

! в пределах диапазона наиболее распространенных осевых нарзо сталость рабочей выржи рельса находится под онтролем;

! вследствие низих дельных давлений сохраняется плена нанесенноо на поверхность смазочноо материала;

! онсность имеет нейтральный харатер, т. е. олеса не приобретают большю онсность, а в слчае одноточечноо онтата.

Таим образом, реомендется, чтобы профили олеса и рельса были онформными в соответствии с рис. 2.54. Колесам и рельсам таой про филь можно придавать в процессе тещео содержания;

рельсы мот проатываться или профилироваться сраз после лади в пть.

При разработе онформноо профиля важно честь следющие мо менты:

! радисы и длины д профиля;

! онтат по асательной при слиянии этоо профиля с профилем по верхности атания олеса, чтобы арантировать минимальню возмож ность двхточечноо онтата межд поверхностью атания и ребнем;

! допстима неоторая свобода при выборе ла налона ребня для соот ветствия сществющим стандартам тещео содержания.

! радисы рабочей рани рельса должны следовать профилю ребня и плавно переходить в профиль поверхности атания олови рельса, из беая возниновения двхточечноо онтата межд рельсом и олесом.

2.5.2.3. Область(C:()онта)т(межд0(нар0жными(зонами )олеса(и(рельса( Область С, вероятно, наиболее трдна для оптимизации, потом что онтат межд рельсом и олесом в этой области заанчивается, и в онеч ном счете, несмотря на силия разработчиа, либо возниают высоие онтатные напряжения при опирании наржной роми профиля олеса на рельс (рис. 2.56), либо зона онтата не доходит до рая олеса, что вы зывает образование ложноо ребня с наржной стороны поверхности а тания (рис. 2.57).

Часто оба эти явления происходят одновременно, посоль на различ ных частах пти преобладают словия для тоо или иноо из двх азан ных словий онтата, что приводит образованию онтата, поазанноо на рис. 2.58, де высоие онтатные напряжения возниают вместе со значительным продольным просальзыванием, смещающим олесо в не правильном направлении. Это явление сопровождается соренным изна шиванием ребня парноо олеса.

o 2-43 x Рис. 2.56. Условия образования высоих он- Рис. 2.57. Условия образования высоих он татных напряжений на внешней стороне татных напряжений на наржной стороне олеса, онтатирющео с внтренним внтреннео рельса рельсом ривой Рис. 2.58. Комбинация словий образования высоих он татных напряжений Предлаается, чтобы профиль олеса был продолжен от проетноо ра диса обода вплоть до места, де он приобретает цилиндричесю форм или онсность 1:40. Это позволит по мере возможности распространить зон онтата в направлении наржной стороны олеса.

Неативные проявления онтата данноо типа мот быть смячены посредством онтроля величины проата олес и/или слаживания нарж ной части профиля рельсов.

2.5.3. Техничес(ая+э(спл/атация+рельсов+и+(олес Вопрос техничесой эсплатации и правления состоянием олеса и рельса рассматривается в аспетах онстрции эипажа и еометрии про филей олеса и рельса. Здесь не ставится задача дать реомендации по вос становлению профиля рельса на основе сроа слжбы до возниновения сталостных повреждений. Подразмевается, что профили рельса и оле са разработаны соласно реомендациям, приведенным в п. 2.4.2, за ис лючением неоторых слчаев еометрии рельса и пти, оторые бдт описаны ниже. Приводимые положения основаны на предпосыле, что рельсы и олеса эсплатирются та, чтобы свойства их профилей в тече ние всео сроа слжбы изменялись по возможности меньше, а таже что восстановление профилей производится по достижении определенноо износа.

2.5.3.1. Л/бри(ация+8ребней+(олес Несмотря на частые попыти спроетировать рессорное подвешивание подвижноо состава и профиль поверхности атания олес (область А) в расчете на эсплатацию на линиях с определенными числом и радисами o 2-44 x ривых, оцена по модели Ньюланда поазывает, что ни одна онретная онстрция не может обеспечить движение без взаимодействия ребней олес с рельсами при движении в ривых. Поэтом естественной реацией на таю ситацию является смазывание ребней. Нет ниаоо дроо способа меньшить силы в ребневом онтате, если тольо не изменить систем подвешивания. Лбриация ребня — быстрый и эффетивный пть решения проблемы, причем без щерба для направляющих сил.

Если профиль олеса в области ребня онформен профилю рельса, имеют место самая большая площада онтата и наименьшие онтатные напряжения, а таже создаются оптимальные словия для поддержания смазочной плени. Это одно из лавных преимществ онформноо он тата, посоль лбриация сраз снижает интенсивность износа ребня и рабочей рани рельса. Опыт поазывает, что интенсивность изнашива ния ребня снижается в 6 раз по сравнению с словиями, ода лбриация не производится [2.5]. Лбриация стабилизирет темп изменения профи лей, что оазывает важное воздействие на дрие словия онтата рельс/олесо, оторые рассмотрены ниже.

Лбриация снижает долю режима просальзывания и связанные с ним силы рипа межд ребнем и рабочей выржой рельса, меньшает тен денцию пластичесом течению материала и, естественно, вредное воз действие таненциальных сил и сталостные эффеты.

Вместе с тем лбриация — дороая и обременительная технолоия, связанная с проблемами материально-техничесоо обеспечения. Поэтом любое, даже половинчатое решение в направлении совершенствования яв ляется положительным.

Из опыта тяжеловесноо движения можно залючить, что:

! лчшие резльтаты полчаются при использовании онсистентных, а не жидих смазочных материалов;

! при применении напольных рельсовых лбриаторов зарязняются не посредственно прилеающие ним части рельсов, что создает про блемы со сцеплением лоомотивов. Кроме тоо, смазывание рельсов трачивает эффетивность на расстоянии более 100 м от лбриатора, а таже требется длительное время, чтобы распределить смазочный ма териал по поверхности рельсов после шлифования;

! лбриация ребней лоомотивов может быть эффетивной тольо при поддерже со стороны персонала лоомотивной слжбы, оторый обычно с подозрением относится лишним объетам внимания при обслживании лоомотивов;

! лбриация рельсов с помощью перемещающихся по пти рельсосма зывателей, а оазалось, является оптимальным техничесим решени ем. Смазочный материал наносится равномерно по всем рельс, ото рый требет лбриации. Смазывание можно выполнять немедленно после шлифования. Недостато этоо способа залючается в том, что он требет выделения особых нито рафиа для пропса транспорт ноо средства с рельсосмазывающим стройством.

o 2-45 x 2.5.3.2. Про$ат'$олес'и',площение'0олов$и'рельсов После тоо а лбриация спешно внедрена, а таже на частах с хо рошими словиями направления подвижноо состава в олее блаодаря большой доле прямых или использованию тележе с радиальной станов ой проат на поверхности атания олес становится основной проблемой с точи зрения продления сроа слжбы олес. Поверхность атания олес (область B) рассчитывается с четом величины проата или остаточноо радиса профиля, при оторых онсность остается в определенных преде лах. Проат олеса, выходящий за становленные пределы, и/или площе ние олови рельса приводят онформном онтат поверхностей ата ния. При этом:

! создается большая онсность для небольших отлонений олесной па ры от оси пти;

! создается малая или отрицательная онсность для больших отлоне ний олесной пары от оси пти вследствие возниновения ложноо ребня на наржной стороне олеса. Это меньшает способность олес ной пары центрироваться относительно оси пти, в резльтате чео воз ниает ребневой онтат с лом набеания олесной пары, приводя щий дополнительном изнашиванию рельса в ривых и прямых;

! возниают высоие онтатные напряжения в зоне межд рабочей вы ржой и наржной стороной олови рельса при онтате с ложным ребнем, оторый может образовываться с любой стороны от места с проатом орытообразной (вонтой) формы (рис. 2.59).

Мерами борьбы с проатом олес или площением олови рельсов яв ляются использование более твердых рельсов, шлифование рельсов для поддержания выплости олови рельса по нжным радисам и жестое соблюдение ораничений по величине проата. В сочетании с этими мера ми в неоторых прямых следет использовать изменение ширины олеи * Область высоких контактных напряжений * Рис. 2.59. Области высоих * онтатных напряжений на олесах с проатом Рис. 2.60. Расширение об ласти онтата на поверх ности атания олеса за счет изменения ширины олеи o 2-46 x (зазора в олее), чтобы способствовать «размытию» онтата и меньшить интенсивность нарастания проата (рис. 2.60). Этот метод в [2.4] назван pummeling. Таой же эффет может быть достинт шлифованием олови рельса или физичесим ширением олеи с использованием асимметрич ных рельсовых подладо на железобетонных шпалах. При этом необходи мо соблюдать осторожность, чтобы не стимлировать наршение динами и подвижноо состава. По этой причине изменять ширин олеи следет на частах большой длины. Изменение ширины олеи не следет приме нять в ривых по причинам, приведенным ниже.

2.5.3.3. Управление*шириной*.олеи*в*.ривых С проблемой проата и очертаниями профилей наржных частей рельса и олеса связан онтроль ширины олеи в ривых. Ка отмечено выше, зона онтата межд рельсом и олесом заанчивается в области C. При этом возниают словия онтата, поазанные на рис. 2.57 и 2.58. В этих словиях образование различия диаметров ачения олес олесной пары оазывает вредное воздействие, приводя не тольо повышению онтат ных напряжений, но и рост сил на ребне олеса и более интенсивном ео изнашиванию. Таая неблаоприятная ситация может иметь место да же тода, ода проат олеса находится в допстимых пределах. По этой причине шириной олеи в ривых следет правлять, для тоо чтобы избе жать онтата азанноо типа посредством:

! снятия материала с наржной стороны олови внтреннео рельса, а поазано на рис. 2.61;

Наружная Внутренний сторона рельс Рис. 2.61. Обработа наржной стороны внтреннео рельса в ривой ! поддержания относительно малоо зазора в олее при боовом изнаши вании олови наржноо рельса. Это может быть достинто посред ством использования несимметричных рельсовых подладо на железо бетонных шпалах. Ка поазывает опыт, зазор в олее в ривых не дол жен величиваться более чем на 10 – 12 мм. При бльших зазорах проис ходят сталостные повреждения внтреннео рельса, а интенсивность из нашивания ребня и боовой поверхности олови рельса величивается.

2.5.3.4. Конта.т*межд6*ложным*7ребнем*.олеса и*рабочей*вы.р6ж.ой*рельса Если следовать всем вышеизложенным реомендациям при расчете профилей и техничесой эсплатации рельсов и олес, с этим типом он тата не должно возниать проблем. Это явление происходит прежде всео в резльтате наличия:

o 2-47 x ! олес с проатом, превышающим допстимый предел, оторый равен примерно 2 мм;

! наржных рельсов с боовым износом более 12 мм;

! сочетания проата и недовлетворительноо направления тележе в о лее. Это приводит асимметричном проат профиля олеса. В зави симости от направления движения подвижноо состава или направле ния ривизны пти выплая часть профиля олеса может наползать на рабочю вырж рельса.

Все эти фаторы при таом онтате выплоо типа приводят ста лостным повреждениям и сщественном слаживанию рабочей выржи, развивающимся из рассмотренноо выше онформноо онтата. Чрезмер ная шлифова рабочей рани ведет возниновению двхточечноо он тата и дальнейшем хдшению ситации.

2.6. Точность(направления(в(рельсовой(2олее(и(доп4с2и Ка отмечено в п. 2.1, свободно атящаяся олесная пара может ом пенсировать еометричесие неровности пти. Однао сществет предел этой способности, оторый зависит от относительной еометрии олес ной пары и пти. К том же ораничения, налааемые межосевыми эле ментами подвешивания, в сочетании с неоторыми допсами на размеры олесной пары мот отрицательно влиять на точность направления по движноо состава в рельсовой олее. Чем менее податливы или более жести эти элементы, тем более строими должны быть допси для них и для олесной пары, чтобы обеспечить требемю точность направления в олее.

Отлонения в точности направления наиболее очевидно проявляются в несимметричном изнашивании профиля олес олесных пар тележи или, в райнем слчае, несимметричном изнашивании ребней олес. Менее очевидно влияние отлонений на появление дополнительных просальзы ваний, приводящих величению потребления энерии на тя поезда, и повышение напряжений, приводящих пластичесом течению материа лов олеса и рельса.


Есть данные о том, что асимметричный износ олес снижает стойчи вость движения подвижноо состава. Эта нестабильность может, в свою очередь, зависеть от направления движения поезда. Подвижной состав мо жет двиаться совершенно стабильно в одном направлении и нестабильно в дром, особенно если на одной из рельсовых нитей имеет место непо стоянный онтат рельса с ребнем олеса.

2.6.1. От2лонения(в(6еометрии(2олесной(пары(и(п4ти Отлонения еометричесих параметров олесной пары и пти являют ся фнцией взаимоотношения различия в диаметрах ачения олес о лесной пары и поперечноо зазора межд ребнем олеса и боовой по верхностью олови рельса, т. е. зазора в олее. Разница в диаметрах аче o 2-48 x Рис. 2.62. Разница в диа- Середина метрах ачения олес о- колесной пары лесной пары D0 + t D0 – t y Линии диаметров кругов катания y 2t = 2y Ось пути ния олес олесной пары может возниать из-за обточи олес на разный диаметр, измеренный по базовом р атания на оничесой части о леса (рис. 2.62), или несимметричной обточи олес, приводящей «раз ворот» олесной пары (рис. 2.63). Если очертания цилиндра вращения профилей олес симметричны, имеет значение тольо эффетивная о нсность.

Кода олесная пара атится по прямом пти, то для тоо, чтобы оба ее олеса атились по одном и том же диаметр ачения, она перемещается в поперечном направлении на величин y. Если величины зазора в олее недостаточно для перемещения на величин y, бдет иметь место изнаши вание ребня олеса и рабочей рани олови рельса. Это изнашивание может быть весьма интенсивным. Таое отлонение приводит несиммет ричном вписыванию олесной пары в ривые и создает ситацию, в ото рой одно из направлений движения бдет для этой олесной пары более блаоприятным, чем дрое.

Точно та же несимметричный профиль олово рельсов приводит поперечном сдви олесной пары в олее (рис. 2.64). Это может резль тироваться в изнашивании ребня олеса и рабочей выржи олови рельса, хотя несимметричность профилей рельсов в ривых может способ ствовать вписыванию подвижноо состава в ривю, если асимметрия имеет то же направление, что и ривая (см. п. 2.4).

Линии диаметров кругов катания Несовпадение профилей Рис. 2.63. Неправильная обточа олесной пары Разворот профилей o 2-49 x Рис. 2.64. Несимметричные Середина профили рельсов колесной пары y Ось пути Зазор в колее = max Соотношение межд отлонениями профилей олесной пары и рельса и зазором в олее может быть найдено при изчении взаимоотношения о нсности. Эффетивная онсность олесной пары определяется а частное от деления разности радисов ачения олес на двоенню вели чин y смещения олесной пары, вызванноо этой разностью. Эта связь представлена выражением = (разность радисов ачения олес)/2y. (1) Данное выражение полчено для словий чистоо ачения. На положе ние олесной пары в ривой в поперечном направлении оазывает влия ние просальзывание олеса по рельс, оторое, в свою очередь, зависит от системы подвешивания ходовой части. Оно является хорошим индиа тором положения олесной пары в прямой, де просальзывания близи нлю.

2.6.2. Геометричес*ие+от*лонения+в+движении+*олесной пары+и+их+связь+с+системой+подвешивания Ка было азано выше, еометричесие отлонения связаны с орани чениями, налааемыми на олесню пар системой подвешивания, с ото рой она соединена. Это соединение может быть с рамой тележи или с дрой олесной парой через связи межд ними. Соединения и отлонения в них являются фнцией типа и степени жестости связи межд олесны ми парами (см. рис. 2.17 и п. 2.2.2). Далее (см. рис. 2.13 и 2.16) рассмотрены отлонения в режимах изиба и поперечноо смещения (сдвиа).

2.6.2.1. От*лонения+в+режиме+из;

иба+ Отлонения в режиме изиба вынждают олесные пары постоянно располааться под лом др др (рис. 2.65). Чем больше жестость подвешивания на изиб, тем меньше возможности имеют силы рипа, воз ниающие межд рельсом и олесом, возвращать олесные пары в нор мальное положение в олее. Подобные отлонения в типичном слчае воз ниают при неравенстве олесных баз с двх сторон тележи с жестой ра мой или трехэлементной тележи, в оторой олесные пары жесто связа o 2-50 x Рис. 2.65. Отлонения в положе- Расстояние между центрами челюстных нии олесных пар относительно проемов + величина t др дра (режим изиба) Расстояние между центрами челюстных проемов – величина t R Ось адаптера ны с боовинами. Самостанавливающиеся тележи с малой жестостью на изиб в состоянии омпенсировать эти отлонения, но и неоторые не самостанавливающиеся тележи оснащены работающими на сдви про ладами межд адаптерами подшипниовых бс и бсовыми проемами боовин, обеспечивающими возможность неоторой деформации и лч шающими словия направления в олее.

В последнее время найдены решения, обеспечивающие более точное соблюдение равенства олесных баз с двх сторон трехэлементной тележи птем соответствющей механичесой обработи бсовых проемов в со четании с применением работающих на сдви проладо, помянтых вы ше. Типичными причинами, способствющими отлонениям при направ лении в олее, являются следющие:

! боовины тележи имеют неодинаовые размеры под станов олес ных пар (рис. 2.65);

! адаптеры подшипниовых бс несимметричны (см. рис. 2.65).

o 2-51 x 2.6.2.2. От#лонения*в*режиме*сдви1а Отлонения в режиме сдвиа связывают с системой подвешивания, имеющей большю жестость на сдви. Обычно это может происходить с самостанавливающимися и совершенствованными тележами, ото рые обладают повышенной жестостью на сдви. Оси олесных пар остаются параллельными др др, но сдвинты в поперечном направ лении, что ведет несимметричном изнашиванию олеи, высоим на пряжениям на площадах онтата и нестойчивости движения подвиж ноо состава.

Здесь типичными причинами, способствющими отлонениям при на правлении в олее, являются следющие:

Рис. 2.66. Несимметрич ное расположение пр жинных поддонов в не нарженном состоянии Шкворневая балка на поддонах пружинных комплектов Шкворневая балка на поддонах пружинных комплектов Рис. 2.67. Несимметрич ное расположение пр жинных поддонов в на рженном состоянии o 2-52 x Рис. 2.68. Несимметрич ные перерестные анер ные связи Рис. 2.69. Несимметрично Середина Середина сформированная олесная буксового буксового пара подшип подшип Середина ника ника колесной пары Линии диаметров кругов катания = = = = ! боовины тележи с пржинными поддонами расположены несиммет рично по отношению бсовым направляющим. На рис. 2.66 поаза но расположение элементов тележи в ненарженном состоянии, на рис. 2.67 — в нарженном состоянии. Любое величение жестости те лежи на сдви приводит параллелораммированию тележи, особен но в нарженном состоянии;

! пересеающиеся анерные, сочлененные (см. рис. 2.37) и диаональные связи несимметричны (рис. 2.68);

! олесные пары становлены (рис. 2.69) или обточены несимметрично.

o 2-53 x СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 2.1. Office for Research and Experiments of the International Union of Railways, Question B 55, «Prevention of derailment of goods wagons on distored track», Report № 8 (Final Report), Conditions for negotiating track twist, Utrecht, April 1983.

Nadal M. J.: Locomotive Vapeur, Collection encyclopdie scientifique, bibliothque de 2.2.

mcanique applique et gnie, Vol.186 (Paris),1908.

2.3. Tournay, H. M.: «Rail/wheel interaction from a track and vehicle design perspective», Proceedings of International Heavy Haul Association's Conference on Wheel/Rail Interaction, Moscow, Russia, 14-17 June 1999, pp. 41 – 57.

2.4. Smith, R. E. and Kalousek, J. «A design methodology for wheel and rail profiles on steered railway vehicles», Proceedings of the 3rd International Symposium on Contact Mechanics and Wear of Rail-Wheel Systems, Cambridge, UK, July 1990, Elsevier, Amsterdam, 1990, pp. 334 – 338.

2.5. Tournay, H. M. and Giani, J. L. «Rail/wheel interaction: Multi disciplinary practices developed in South Africa». Conference on Railway Engineering, October 1995, Melbourne, Australia.

2.6. Weinstock H. «Wheel climb derailment criteria for evaluation of rail vehicle safety», Paper No.

84-WA/RT-1, 1984 ASME Winter Annual Meeting, Phoenix, Az, November 1984.

o 2-54 x ПРИЛОЖЕНИЕ Определение онсности Профилиремая поверхность атания обода олеса может быть ап просимирована дой оржности или несольими дами оржностей, плавно по асательным переходящим одна в дрю. Профили рельса мо т быть описаны подобным же образом. Для прощения можно рассмот реть профили олеса и рельса, состоящие из отдельных д, а поазано на рис. 2.А-1.

Перпендилярные др др оси Xr, Yr (их начало находится в центре ди профиля олеса) мот быть привязаны олесной паре и поперечно смещаться вместе с олесной парой относительно системы Xr, Yr. При о лесной паре, размещенной центрально оси пти, относительное положе ние двх систем осей поазано на рис. 2.А-1а. Контат межд олесом и рельсом должен произойти в точе, оторю принято считать центром зо ны онтата, де ди профилей олеса и рельса имеют общю асатель ню. Может быть поазано, что точи Ow, Or и P0 находятся на одной пря мой.

Боовое смещение олесной пары y от средней линии пти смещает систем оординат Xw, Yw относительно системы оординат Xr, Yr. Та а онтат по-прежнем должен произойти в точе, де ди профилей оле са и рельса имеют общю асательню, точа онтата может быть опреде лена продолжением линии OwOr до пересечения с дами профилей рельса и олеса в точах P1 и P2 (рис. 2.А-1б).

Середина колесной пары и ось пути Yr Yr r0 r P0 P Yw Yw R= Rw Rr Xr Xr Or gr Or 0 Xw Xw Ow Ow gw – gr D2 = d 0 = D 2 = d gw Рис. 2.А-1а o 2-55 x Середина колесной пары Ось пути Yr Yr r1 r P1 P Yw R Yw Rw Rr Xr Xr Or Or Ow Xw Xw Ow D1 = (d0 + y) D2 = (d0 – y) Рис. 2.А-1б Уравнения для определения онсности а фнции поперечноо сме щения олесной пары при составляющих, приведенных на рис. 2.А-1б, мо т быть выражены а:


(d 0 + y) 2 (d 0 y) R = R w 1 2 1 (R R ) 2.

(R w R r ) w r Посоль = R, 2y Rw l (R w R r ). (1) Определение жестости подвешивания от силы тяжести На рис. 2.А-2 поазаны оничесий и профилированный ободы олеса, смещенноо на расстояние y от оси пти. Принимая, что ось остается ори зонтальной, ол налона поверхности онтата оничесоо олеса о ризонтали (см. рис. 2.А-2а) остается неизменным и равным л онс ности олеса.

Горизонтальные составляющие силы нормальной реации межд оле сом и рельсом Fn, перпендилярной плосости онтата, остантся, та им образом, равными и противоположно направленными др др при любом отлонении олесной пары от оси пти. Следовательно, ре зльтирющая поперечная сила, действющая на олесню пар, бдет н левой. Изчение рис. 2.А-2б поазывает, что для профилированных ободов олес ол налона поверхности онтата оризонтали изменяется и раз личен для двх олес олесной пары. Поперечные составляющие этих сил o 2-56 x Fn Fn W F1 F Рис. 2.А-2а Смещение у середины колес ной пары от оси пути Ось пути G Fn1 Fn W Fl1 Fl Rr Rr Середина колесной пары D1 = (d0 + y) D1 = (d0 – y) Рис. 2.А-2б реации, таим образом, не бдт равными при любых смещениях от оси пти, в резльтате чео возниает поперечная сила, действющая на олес ню пар. Для идеально рлых профилей рельса и олеса равитацион ная жестость подвешивания бдет выражена следющим образом:

G r = (R W R ).

w r o 2-57 x ОБОЗНАЧЕНИЯ половина олесной базы тележи;

a— b— половина расстояния межд серединами бсовых злов олесной пары;

C11 — оэффициент продольноо рипа;

C22 — оэффициент поперечноо рипа;

l — половина расстояния межд базовыми рами атания олес олес ной пары;

r0 — радис олеса по базовом р атания;

Rc — радис ривой;

V — сорость движения подвижноо состава;

y — поперечное смещение олесной пары;

— ол набеания олеса на рельс;

— подлона рельса;

— ол онса поверхности атания олеса или эффетивная онс ность.

o 2-58 x Часть&3. РАБОТОСПОСОБНОСТЬ КОЛЕСА&И&РЕЛЬСА Автор: д-р техн. на, проф. С. М. ЗАХАРОВ, член Техничесоо омитета по подотове нии 3.1. Применение&системно:о&подхода&для&изAчения работоспособности&Dолеса&и&рельса Опыт эсплатации и резльтаты исследований поазали, что наиболее продтивный способ обеспечения эономичеси эффетивной работы олес и рельсов состоит в том, чтобы рассматривать взаимодействие эи пажа и пти, олеса и рельса с позиций системноо подхода [3.1, 3.2, 3.3].

На работ системы олесо — рельс в разной степени оазывают влияние ооло 60 фаторов. Эти фаторы можно объединить в четыре основные рппы по областям исследований и разработо (рис. 3.1):

! динамиа системы олесо — рельс;

! механиа онтатноо взаимодействия;

! материалы олес и рельсов;

! правление трением;

СУММАРНОГО Э ЩИЕ ФФ ЯЮ ЕК ВЛ ТА ТА С СО МАТ М ИЕ ЕР ИА ЕН ЛЫ ТР Е НИ СН В СИ ЛЕ ИЖ Излом рельса СТ АВ БЫ ЕН И ЕМ Пластическое Износ УПР ЕНИЕ СРОКА СЛУЖ течение Е Е ЗАТ РАТ НА ОБСЛ ДЕФЕКТЫ КОЛЕСА И РЕЛЬСА Дефекты по контактному износу Ы ЫШ ПАР КОН УЖ ОВ Волнообразный ИВ ОЙ ТА П износ АН К СН ТН ИЕ Я ЛЕ А М КО ЕХ КА АН МИ ИК А СН А ДИН И ИЖ ЫЛ ЕН ИБ ИЕ ПР ЗАТ ИЕ РАТ ЧЕН УВЕЛИ Рис. 3.1. Схема, иллюстрирющая системный подход изчению работы олеса и рельса [3.1] o 3-1 x С применением азанных областей исследований олес и рельс а системе появляется возможность чета связей межд этими областя ми и тем самым формирется понимание причин повреждений. Создается таже основа для разработи оптимизационной стратеии обеспечения ра ботоспособности олеса и рельса.

Более подробно фаторы влияния и их взаимосвязь применительно изнашиванию олеса и рельса а одном из наиболее распространенных видов наршений нормальной работы системы приведены на рис. 3.2 [3.3] и описаны ниже.

Динамиа взаимодействия эипажа и пти. Сществют различные ровни динамии, применимые олесной паре, тележе, ваон, лоомо тив или поезд. Исследования взаимодействия эипажа и пти дают воз можность определять вертиальные и боовые силы, действющие на рельс, лы набеания олеса на рельс, положение олесной пары по отно шению рельсам, относительное просальзывание олеса по рельс.

Линейные и ловая сорости олесной пары. Имеются в вид продольная и поперечная сорость олесной пары, ловая сорость олесной пары и сорость поворота олесной пары относительно вертиальной оси.

Линейные и ловые оординаты олесной пары. Наиболее важными явля ются поперечное положение олесной пары и ол ее поворота. Послед ний использется для расчета ла набеания олеса на рельс. Хотя ол набеания не единственный параметр, определяющий просальзывание олеса, он наиболее значимый, особенно при больших ео значениях.

Динамика взаимодействия экипажа и пути Линейные и угловые Линейные и угловые Силы и моменты, скорости колесной координаты колесной действующие от рельса I пары пары на колесную пару Распределение Распределение Форма и распределение относительных II векторов нормальных и касательных проскальзываний трения напряжений на площадке контакта на площадке контакта Профили гребня Свойства колеса и рельса «третьего тела»

III Износ колеса и рельса Рис. 3.2. Схема фаторов, определяющих износ олеса и рельса [3.3] o 3-2 x Силы и моменты, действющие на олесню пар со стороны рельса. Эти силы определяются в резльтате интерирования распределения нормаль ных и асательных напряжений на площадах онтата.

Распределение просальзываний на площадах онтата. Мера просаль зывания на площаде онтата олеса и рельса известна а относитель ное просальзывание (рип, см. Словарь). Относительное просальзыва ние — это безразмерная величина, оторая для онтата поверхностей атания олеса и рельса определяется а отношение сорости относи тельноо движения поверхностей линейной сорости поверхности оле са. Сорость относительноо движения зависит от профилей поверхно стей олеса и рельса, ла набеания и таих динамичесих параметров, а положение олесной пары и мновенной оси вращения. Ветор отно сительноо просальзывания может быть представлен тремя омпонента ми (см. 2.2.2) [3.5].

Распределение веторов сил трения от единичной нормальной силы. Вели чина ветора сил трения от единичной нормальной силы в аждой точе онтата равна оэффициент трения ачения с просальзыванием на по верхности атания и на вырже олови рельса. Направление ветора совпадает с направлением просальзывания.

Форма и распределение нормальных и асательных напряжений на площад е онтата. Этот бло в схеме обеспечивает расчет формы площади онтата на поверхности атания и боовой поверхности олови рельса, их взаимноо положения и распределения онтатных напряжений на этих площадах. Контатное напряжение зависит от сил в динамичесом взаимодействии эипажа и пти, профилей олеса и рельса, свойств мате риалов.

Свойства третьео тела. Под третьим телом понимается промежточ ный слой межд поверхностями олеса и рельса, оторый в процессе тре ния изменяет свои свойства по сравнению с исходными. Свойства третье о тела оазывают сщественное влияние на харатер трения и интенсив ность изнашивания. В свою очередь, процесс изнашивания оазывает с щественное влияние на свойства третьео тела.

Профили ребня олеса и олови рельса. Профили олеса и рельса оа зывают сщественное влияние на онтатные напряжения и просальзы вание.

Изнашивание. Харатер изнашивания и ео интенсивность определяют ся распределением напряжений и относительных просальзываний на площаде онтата, а таже свойствами третьео тела. Необходимо читы вать тепловые эффеты, возниающие при взаимодействии олеса и рель са, особенно при изчении режимов торможения и босования.

Эта схема с соответствющими изменениями может быть применена изчению повреждений дрих видов.

o 3-3 x 3.2. Механи'а('онта'тно+о(взаимодействия 'олеса(и(рельса 3.2.1. Общие(положения Механиа онтатноо взаимодействия олеса и рельса — это раздел наи о связях межд напряжениями, рипом и еометричесими пара метрами системы олесо — рельс. Ка следет из рис. 3.2, посоль по сле решения задачи динамии взаимодействия эипажа и пти линейная и ловая оординаты олесной пары, сорости, силы и моменты, дей ствющие от рельса на олесню пар, становятся известными, то, если профили олеса и рельса и свойства третьео тела заданы, можно найти величины и распределение нормальных и асательных напряжений, от носительноо просальзывания и сил трения на площаде онтата. По следние поазатели и являются задачей механии онтатноо взаимо действия олеса и рельса.

Задача онтата ачения двх прих тел, имеющих одинаовые хара теристии прости, а это имеет место для олеса и рельса, может быть представлена раздельно в виде нормальной и таненциальной задач. Цель первой задачи состоит в определении размера и формы площади онтата, а таже распределения нормальных онтатных напряжений.

Резльтаты решения нормальной задачи использются для нахождения ре шения таненциальной, залючающейся в нахождении распределения а сательных напряжений и момента в зонах сцепления и просальзывания онтатной площади.

3.2.2. Нормальные('онта'тные(напряжения Г. Герц дал первое надежное математичесое решение нормальной за дачи, оторая формлирется следющим образом. Два ненарженных те ла (поверхности атания олеса и рельса) асаются в одной точе. Расстоя ние межд недеформированными телами может быть найдено еометриче си, если известны радисы ривизны тел в точе онтата. Уприе свойства олеса и рельса, описываемые оэффициентом Пассона и мо длем прости Е, считаются одинаовыми. Если тела наржены нор мальной силой F, появляется зона онтата эллиптичесой формы с боль шой полосью в направлении продольной оси рельса (рис. 3.3).

pmax Рис. 3.3. Распределение нормальных ерцев сих напряжений на площаде онтата o 3-4 x Масимальное онтатное напряжение Рmax может быть рассчитано по формле:

3FE Pmax =, (3.1) 2 3 r 2 (1 2 ) e де re — эвивалентный радис, зависящий от харатерных радисов вза имодействющих тел (олеса и рельса) в месте онтата.

Таим образом, нормальное напряжение на поверхностях атания рельса и олеса зависит от нарзи от олеса на рельс, радисов поверх ностей атания олеса и рельса, свойств взаимодействющих материалов.

Следет иметь в вид, что онтатная теория Герца справедлива при следющих допщениях:

! онтатирющие поверхности однородны и изотропны;

! силы трения в зоне онтата не действют;

! размер онтатной площади мал по сравнению с размерами онтати рющих тел и харатерными радисами ривизны недеформированных поверхностей;

! для онтатной задачи использовано решение линейноо проо по лпространства;

! онтатирющие поверхности ладие.

При движении эипажа положение олесной пары по отношению рельсам сщественно меняется, приводя возниновению различных со четаний онтатных зон олеса и рельса (см. рис. 2.40).

Хотя профили олес и рельсов железных доро стран, входящих в Ассо циацию тяжеловесноо движения, сщественно различаются, тем не менее можно выделить три фнциональные зоны онтата олеса и рельса (см. рис. 2.44):

онтат межд центральными областями олови рельса и поверхности атания олеса (зона А);

онтат межд областью выржи олови рельса и основанием реб ня олеса (зона В);

онтат межд внешними частями олови рельса и поверхности ата ния олеса (зона С) [3.5].

Даже при словии постоянной осевой нарзи нормальные напряже ния бдт сщественно меняться из-за различия в радисах ривизны он татирющих поверхностей этих зон.

Если в области онтата имеет место один радис ривизны поверх ности, можно использовать решение Герца. Если в области онтата име ются два или несольо радисов ривизны, например r11 и r12 (рис. 3.4, а), решение Герца несправедливо, и для определения площади онтата сле дет использовать неерцевсое решение. Это особенно важно при разно образных сочетаниях изношенных профилей олеса и рельса.

При нахождении нормальных онтатных напряжений для неонформ ноо неерцевсоо онтата использются различные методы и про раммы. В частности, полное решение неерцевсой задачи может быть найдено с помощью прораммы CONTACT [3.7]. Однао из-за тоо, что o 3-5 x Рис. 3.4а. Геометрия онтата олеса и рельса:

x, y, z — оси системы оординат;

r11, r12, r1, r2 — хара терные радисы (r2 — радис профиля олеса) r z y x r r –12 –10 –8 –6 –4 –2 0 2 4 6 –10 – –8 – –6 – –4 – –2 – Ось x, мм 0 0, 0, 2 0, 4 0, 0, 6 0, 8 10 –12 –10 –8 –6 –4 –2 0 2 4 6 Ось y, мм Рис. 3.4б. Форма площади онтата и распределение давлений [3.8]:

r11 = 355,6 мм;

r12 = 291,6 мм;

r1 = r2 = ;

F = 100 Н;

Pmax = 1170 МПа o 3-6 x решение задачи с помощью этой прораммы требет большоо времени, предложены различные варианты приближенноо решения неерцевсой задачи. Например, с использованием метода аппросимации неерцевсой еометрии эллипсами полчены резльтаты, в достаточной мере соласю щиеся с точным решением (рис. 3.4, а, б) [3.8, 3.9].

Дрой подход, использемый для нахождения онтатных напряжений межд изношенными олесом и рельсом, состоит в моделировании он татирющих тел с использованием проо винлеровсоо основания, при отором деформация поверхностей пропорциональна нормальным онтатным напряжениям [3.10]. Полченное при этом масимальное онтатное напряжение бдет в 1,3 больше, чем при ерцевсом решении.

Размер площади онтата и распределение нормальных напряжений за висят от нормальной нарзи, действющей от олеса на рельс, профилей олеса и рельса, поперечноо и ловоо положения олесной пары на рельсах и подлони рельсов.

Кода олесная пара движется в ривой, при определенном ле набеа ния олесо может онтатировать с рельсом в двх различных точах [3.11]. Двхточечный онтат приводит образованию двх площадо он тата: А на поверхности атания рельса и В на боовой поверхности олов и рельса в районе выржи (рис. 3.5, а). Из-за тоо что олесная пара при движении в ривой перемещается с неоторым лом набеания (рис. 3.5, б), площада онтата В сдвинта вперед. Увеличение ла набе ания приводит величению расстояний межд площадами онтата (забеа) и до мновенной оси вращения олесной пары и тем самым воз растанию относительноо просальзывания и таненциальной силы, с ним связанной. В зоне асания ребня олеса и рабочей рани олови нарж a) a b б) 36, y B 26, V V x I II A 51, III Bx 5, r r r1 I II z Рис. 3.5а. Положение олеса на рельсе:

9, А, В — точи онтата олеса с рельсом;

x, y, z — оси оорди нат;

— ол набеания олеса на рельс;

— ол подлон A и рельса;

V0 — ветор сорости движения олесной пары 12, Рис. 3.5б. Положение и размеры онтатных площа до при двхточечном онтате [3.10] (FА = 110 Н, FB = 66 Н):

А, В — площади онтата;

I, II, III — области онтата;

r1, III r2, r3 — радисы ривизны олови рельса o 3-7 x ноо рельса ровень расчетных онтатных напряжений может достиать 3000 МПа.

При онтате сильно изношенноо рельса с новым или изношенным олесом изменяется форма области распределения давлений. Размер пло щади онтата сщественно меньшается, она сдвиается внешней по верхности наржноо рельса, приводя величению онтатных давлений, ровень оторых может достиать предела течести, что вызывает пласти чесю деформацию олови рельса.

Обычно онтатные напряжения на поверхности атания (область А) олеса рзовоо ваона находятся в пределах 1300 – 1700 МПа. Увели чение осевой нарзи приводит возрастанию ерцевсих онтатных напряжений пропорционально степени 1/3 от ее величины (см. фор мл 3.1).

Если поверхность атания олеса имеет проат с образовавшимся о рытообразным поперечным профилем (см. рис 2.53), это приводит сще ственном величению онтатных давлений, оторые мот иметь место по обеим сторонам этоо профиля. Та, при величине проата орытооб разноо профиля 2 мм расчетные онтатные напряжения на обоих раях мот достиать 6000 МПа, что свидетельствет о значительном пласти чесом течении материалов.

Высоие онтатные напряжения возниают в слчаях, если профиль олеса своим внешним раем бдет опираться на рельс (см. рис. 2.56) или онтатная зона не достиает внешнео рая олеса, приводя вознино вению выстпа (фальшивоо ребня) в области наржной части поверх ности атания олеса.

Величина и распределение онтатных напряжений сщественно за висят от профилей олеса и рельса и от тоо, аой имеет место онтат:

одноточечный или двхточечный. При онформном профиле размер площади онтата величивается, приводя меньшению ровня он татных напряжений по сравнению с неонформными профилями.

3.2.3. Связь&межд+&силами&0рипа&и&хара0тером прос0альзывания Резльтаты решения задачи по определению размеров и формы обла стей онтата и нормальных напряжений использются для решения тан енциальной задачи, состоящей в нахождении распределения таненци альных сил и момента в зонах сцепления и просальзывания площади онтата, а таже распределения работы сил трения.

Из анализа движения (инематии) олесной пары и сил, действющих на нее, можно выделить три составляющие: продольню и поперечню си лы рипа и момент (см. п. 2.2.2).

Продольная составляющая просальзывания и связанная с ней сила рипа возниают вследствие тоо, что при таненциальных (тяовых) си лиях в направлении ачения на передней части площади онтата имеет o 3-8 x б) а) Направление качения µN Сцепление Микроскольжение Сцепление Микроскольжение Распределение касательных усилий на площадке контакта Сцепление Микроскольжение Сцепление Рис. 3.6. Связь межд тяой и рипом [3.5]:

Микроскольжение a — распределение продольных сил тяи по пло щаде онтата;

б — зависимость силы рипа от ин Скольжение тенсивности просальзывания место зона сцепления, а на задней — зона миросольжения (рис. 3.6, а).

По мере возрастания величины таненциальноо силия доля зоны миро сольжения на площаде онтата величивается (рис. 3.6, б) до тех пор, поа таненциальное силие не достинет масимальноо значения, ода площада онтата не сможет более воспринимать дополнительное силие [3.5, 3.11]. Поперечная составляющая просальзывания и силы рипа зави сит от ла набеания олеса на рельс. Величина момента зависит прежде всео от онсности поверхности атания олеса (см. п. 2.2.2.3) При исследовании просальзывания в точах онтата олеса, движ щеося по рельс в ривой, следет читывать взаимосвязь продольной и поперечной составляющих, а таже положение мновенной оси вращения олесной пары [3.3].

Проблема сцепления. Масимальный ровень тяовоо силия межд ве дщим олесом лоомотива и рельсом зависит от способности онтатной площади воспринимать тя. Эта способность выражается в виде оэф фициента сцепления, являющеося отношением силы тяи нормальной нарзе. Обычно сцепление олеса с рельсом достиает своео масимма при величине продольноо рипа (относительноо просальзывания), рав ной 0,01 – 0,02.

Однао на харатер зависимости межд тяовым силием и рипом с щественное влияние оазывают реолоичесие харатеристии слоев, об разющих третье тело межд поверхностями атания олеса и рельса. Слой третьео тела состоит из смеси частиц онтатирющих материалов, и на ео состав оазывают влияние фаторы оржающий среды и эсплата ционные словия [3.12].

Если поверхности рельса и олеса схие и чистые, оэффициент сцеп ления остается на высоом ровне при больших просальзываниях и со o 3-9 x ростях движения. Кода поверхности рельса и олеса зарязнены водой и особенно смазочным материалом, оэффициент сцепления снижается по мере величения относительноо просальзывания, а таже повышения сорости движения поезда [3.14]. Это влияние следет читывать при ис пользовании взаимосвязи межд силами рипа и ео харатером в моделях динамии взаимодействия пти и подвижноо состава или при онстри ровании лоомотивов.

Поверхностная шероховатость таже оазывает влияние на онтатные напряжения и на связь сил рипа с харатером просальзывания. Увеличе ние поверхностной шероховатости олеса и рельса способствет величе нию распределения онтатных напряжений по сравнению с ерцевсим решением и снижает начальный налон ривой рипа [3.15].

Предложена модель взаимосвязи межд модлем прости на сдви, пластичностью, ритичесим напряжением и деформацией сдвиа [3.13].



Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 11 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.