CC BY
37
УДК 625.032.432
В. В. РИБК1Н, К. Л. КАЛЕНИК (ДПТ)
ВПЛИВ ШИРИНИ КОЛИ В МЕЖАХ ПЕРЕВ1ДНО1 КРИВО1 ЗВИЧАЙНИХ СТР1ЛОЧНИХ ПЕРЕВОД1В НА ВЗАСМОД1Ю КОЛИ ТА РУХОМОГО СКЛАДУ
У данiй робоп аналiзуeгъся вплив ширини коли та ухил ii ввдводу на взаемодш коли та рухомого складу в межах переввдно! криво! за допомогою методiв магемагичного моделювання. Огримано рамнi сили для прийнятого дiапазону ширини коли га ухилу li вiдводу.
В данной рабоге анализируется влияние ширины колеи и уклона её огвода на взаимодействие пуги и подвижного сосгава в пределах переводной кривой с помощью мегодов магемагического моделирования. Получены рамные силы для принятого диапазона ширины колеи и уклона её огвода.
In this paper the effect of track gauge and the bias of its tap on the track/rolling stock interaction in a conversion curve by methods of mathematical simulation is analyzed. The frame forces obtained for the accepted range of track gauges and biases of its tap are determined.
Ширина коли е одшею з найголовшших характеристик коли, яка забезпечуе безпеку руху поiздiв. На сьогодш юнують нормативи ширини коли в межах стршочних переводiв, але не юнуе нормованих ступешв вщстутв по впливу на безпеку руху, плавнють ходу та штенсив-шсть накопичення залишкових деформацш.
Вплив ширини коли в межах стршочного переводу на показники безпеки руху аналiзу-вався в роботах [1 - 5]. Теоретичною основою бшьшосп зазначених робгг було використання вщомих [2] залежностей при ударi абсолютно жорстких тш Використання цього методу не дае можливост аналiзувати взаемодш екiпажу та стршочного переводу в чась В експеримент-тальшй частиш дослщжень [3 - 4] використо-
вувалась дуже мала кшьюсть тензометричних датчикiв, що не давало можливостi повною м> рою аналiзувати вплив ширини коли на напру-жено-деформований стан коли. Лише в робот [5] було виконано комплексш випробування стрiлочних переводiв з вiдхиленнями вiд допу-сюв утримання в планi та профш, але в цiй робот були дуже загальнi висновки вщносно впливу ширини колii' на показники безпеки руху поiздiв.
Проаналiзуемо вплив ширини коли та ухилу и вiдводу в межах бокового напрямку стршоч-ного переводу. Для цiеi мети було створено ма-тематичну модель взаемодii вантажного натв-вагону та стрiлочного переводу [6], схема яко' зображенанарис. 1.
Рис. 1. Схема просгорово! магемагично! моделi вангажного напiввагона.
© Рибкш В. В., Каленик К. Л., 2010
Особливу увагу в математичнш моделi було придшено блоку, який описуе взаемодда колю-но! пари та рейково! коли, тому що наближення результат теоретичних дослiдiв динамiки ею-пажу до його реальних динамiчних властивос-тей визначаеться в першу чергу коректшстю описання та ступенем наближення алгоритму описання руху колюно! пари в рейковш коли до тих фiзичних процeсiв, якi iснують в реальних умовах руху та мають найбшьший вплив на р> вень сил мiж колесом i рейкою. Рух колюно! пари в рейковш коли визначаеться силами, що обумовлеш 11 взаемодiею з рейками та елемен-тами eкiпажу, а також геометричними параметрами колюно! пари та рейково! коли. На рис. 2 показано схему до визначення положення ос екшажу та вщповщно сил взаемоди.
7
■ GZ
(2)
для 5л > y > 5п:
Н Н
Н Н
Н л
Нп
F. F т
тр л
тр п -1 п ? для 5л >У< 5п :
(1)
F
F т
тр л
трп '
для 5л < y < 5п:
F F
тр л
трп ;
де zг — поперечна дeформацiя рейки; G^ -поперечна жорсткiсть рейки.
u
Сила тертя Fтр =x ■ P ■ — визначаеться за на-
ступною формулою:
К,р =x ■ P ■ '-
(3)
Рис. 2. Схема для визначення сил взаемоди мiж вюсю ек1пажу та рейковою колiею:
Fтр - проекцiя на поперечну вюь у сил тертя мiж рейкою та колесом злша та справа вщповщно; S - ширина коли; 5^ - зазор мiж робочими гранями рейки та гребеня злша та справа вщповщно; Гл п - направляюча сила мiж рейкою та колесом
Сили взаемоди м1ж рейковою кол1ею та вюсю екшажу вщповщно до схеми на рис. 2 визнача-ються за допомогою наступних залежностей:
де Нлп - бокова сила м1ж рейкою та колесом зл> ва та справа вщповщно;
Направляюча сила м1ж рейкою та колесом визначаеться за формулою:
де х - коефщент крша; Р - вертикальне нава-нтаження вщ колеса на рейку; и - швидкють проковзування колеса по рейщ; V - швидкють руху екшажу.
Вщомо [3, 7], що на прямих дшянках ¿з зро-станням ширини коли зростае величина рамних сил. Це пояснюеться збшьшенням запасу кше-тично! енергп в горизонтальному напрямку м1ж колесом та рейкою при вилянш. Дана обстави-на врахована в нормах швидкост руху по!зд1в залежно вщ вщстушв за шириною коли [8]. При рус в межах перевщно! криво! стршочного переводу виляння екшажу вщсутне, колесо першо! ос в1зка, яке набпае, притиснуте до упорно! рейки. Експериментально ця обставина пщтверджуеться р1внем рамних сил, яю д1ють на перш! за напрямком руху колюш пари пер-шого в!зка ек!пажу [10]. Отже ширина кол!! в межах перевщно! криво! не впливае на накопи-чення кшетично! енергп в систем! «екшаж-кол1я» через вщсутшсть виляння ек!пажу.
Вх!дними даними до модел! е геометр!я перевщно! криво! найб!льш масового проекту стршочного переводу № 1740. Ширина кол!! в межах бокового напрямку приймалась постш-ною. Розрахунки виконувались для найбшьш несприятливих умов входу екшажу на б!чний напрямок стр!лочного переводу:
- зазор м!ж колесом, що набпае, ! гостряком е максимально можливим;
- ширина колюно! пари розраховувалась ¿з найб!льшими допусками по насадщ кол!с та зносу гребен!в (рис. 3);
- протишерстний напрямок руху;
- максимально допустима швидкють руху.
Величина зазору для д!апазону ширини кол!!
1520.. .1546 мм м!ж колесом, що набпае, та гостряком перевщно! криво! при вход! на боковий напрямок розраховувались за схемою, наведе-ною на рис. 3, та наведен! в табл. 1.
Розглянемо результати розрахунку. На рис. 4 наведено динам!чну картину змши рамно! сили Нр по довжиш стршочного переводу для гра-ничних значень ширини кол!!' обраного д1апа-зону - 1520 та 1546 мм, вщповщно. Характер взаемоди при зустр!ч! колеса, що набпае, з гостряком ¿мпульсний. Характер взаемоди для ши-
v
V
л
рини коли 1520 та 1546 мм дещо в^^зняеться на довжиш 2...3 м пiсля зустрiчi колеса, що набiгаюе, з гостряком, а в подальшому вiн практично однаковий. Зауважимо, що скачок рамноi сили на абсцис 20 м, в межах перевiдноi криво', обумовлений наявнiстю сти-ку по обох нитках. Параметри стику введено до моделi зпдно результатiв дослiджень [11].
Рис. 3. Схема для визначення ширини колено! пари
Таблиця 1
Величина зазору при входi на боковий напрямок
№ вар1анту Ширина коли в межах бокового напрямку, мм Зазор при вход1 на боковий напрямок, мм
1 1520 33
2 1530 43
3 1540 53
4 1546 59
Рис. 4. Рамш сили при р1знш шириш коли
На рис. 5 наведеш кiлькiснi результати роз-рахунку Нр в межах гостряка та перевщно!
криво! для всього обраного дiапазону ширини колii.
Як бачимо, при зростанш ширини коли з 1520 до 1546 мм в межах гостряка Нр зростае
на 20,5 кН. При такому ж зростанш ширини коли в межах перевщно! криво!' Нр зростае на
3,17 кН. З отриманих результатв бачимо знач-ний вплив ширини коли в межах гостряка та незначний в межах перевiдноi криво! на зрос-тання Нр . Отримана рiзниця пояснюеться рiз-
ним характером впливу ширини коли на взае-модiю екшажу та коли в межах вютря гостряка. Якщо при входi на боковий напрям ширина коли прямо впливае на накопичення кiнетичноi енерги екiпажем, то в межах перевiдноi криво! колеса, що набпають, перших по ходу вiзкiв вже притиснут до направляючо! рейки бокового напрямку, а вiдповiдно ширина коли нештатно впливае на накопичення кшетично! енерги.
Рис. 5. Максимальш рамш по боковому напрямку
Для прямих та кривих дшянок коли крiм вiдступiв за шириною коли нормуеться крутизна вщводу ширини коли. На стршочних переводах такий норматив вщсутнщ що обумовле-но конструктивними особливостями переводiв. Проведемо дослiдження впливу ухилу вщводу ширини коли в межах бокового напрямку. Вщ-вiд вводимо до моделi у виглядi функци нерiв-ностi у планi:
У(х):
№
(4)
де А - ампттуда нерiвностi;
Розглянемо результати розрахунку. На рис. 6 наведено динамiчну картину змши рам-но! сили Нр при iснуваннi нерiвностi у планi в
межах перевщно! криво! для граничних значень дiапазону ухилу вiдводу ширини коли i (1 та 5 мм/м) для прямих дшянок коли та кривих, за-твердженого вщповщним нормативним документом [8].
2
х
ДН- i '
HF н . УХ у^— 2 ■ П ииЛн ¿¿у
(№ / N^
Р
........ ч
! 1 3 2 4 | 1 1 1 II 1 1 1 1 6 в 10 12 14 16 1S 20 22 24 L.H
Рис. 6. Рамш сили при р1зному ухил1 вщводу ширини коли
З результат наведених на рис. 6 бачимо, що на початку нeрiвностi Hp дещо зменшу-
еться, рамна сила досягае максимуму в мющ з найбшьшою амплiтудою нeрiвностi.
На рис. 7 наведеш кiлькiснi результати роз-рахунку Hp для всього обраного дiапазону ухилу вiдводу ширини коли.
дослщження форм нeрiвностeй у плат по ухилу вщводу ширини коли з метою визначення рiвня бокових сил, що юнуе на стрiлочних переводах, як експлуатуються.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Рис. 7. Рамна сила при рiзному ухилi вщводу ширини коли
Кшьюсш результати (рис. 7) свщчать про зростання рамно! сили на 16 кН при / = 5 % в пор1внянш з кол1ею без нер!вносп, обумовле-ною вщводом ширини коли.
Отже, результати проведених дослщжень свщчать, що ширина коли в межах бокового напрямку мае значний вплив на силову взаемо-д1ю в межах гостряка, але неютотний вплив на силову взаемодда рухомого складу та коли в межах перевщно! криво!. Ухил вщводу ширини кол!! мае бшьший вплив, н!ж ширина кол!! в межах перевщно! криво!. Нагадаемо, що в модель вводилася геометр!я бокового напрямку стршочного переводу зпдно паспортних даних, а нер!вн!сть - у вигляд! анал!тично! залежност!. Тому отримаш результати носять попередн!й характер.
На нашу думку, необхщно провести натурш
9.
Б1БЛ1ОГРАФИЧНИИ СПИСОК
Крысанов, Л. Г. Влияние ширины колеи и желобов в крестовинном узле на условия прохождения по нему колесных пар [Текст] / Л. Г. Крысанов, Н. Н. Елсаков // Вестник ВНИИЖТ. - М., 1975. - № 3. - С. 34-39.
Шахунянц, Г. М. О допускаемых скоростях движения на боковой путь и об основных геометрических параметрах для проектирования стрелочных переводов [Текст] / Г. М. Шахунянц // Тр. МИИТа. - М., 1958. - № 80/1. -С. 56-67.
Яковлев, В. Ф. Влияние сужения рельсовой колеи на состояние железнодорожного пути и плавность движения поездов [Текст] /
B. Ф. Яковлев, С. В. Амелин // Тр. ЛИИЖТа. -Л., 1963. - № 191. - С. 7-28. Яковлев, В. Ф. Напряженное состояние и деформированное состояние стрелочного перевода марки 1/11 при ширине колеи 1530 мм [Текст] / В. Ф. Яковлев, С. В. Амелин // Тр. ЛИИЖТа. - Л., 1963. - № 191. - С. 30-63. Разработать нормативы скоростей движения по стрелочным переводам с учетом их фактического состояния [Текст] : отчет о НИР / ДИИТ. КГНДЛ. - Д., 1988. - 147 с. Каленик, К. Л. Особливосп математично! моде-л1 взаемоди коли та рухомого складу в межах стршочного переводу [Текст] / К. Л. Каленик, В. В. Рибшн // В1сник Дншропетр. нац. ун-ту зал1зн. трансп. 1м. акад. В. Лазаряна. -2009. - Вип. 30. - Д.: Вид-во ДНУЗТ, 2009. -
C. 204-207.
Ромен, Ю. С. Влияние зазора в колее на величину боковых сил при взаимодействии пути и подвижного состава [Текст] / Ю. С. Ромен, М. Ф. Вериго, В. О. Певзнер // Сб. науч. тр. ЦНИИМПС. - М., 1969. - № 385. - С 95-106. 1нструкц1я з улаштування та утримання коли зал1зниць Украши. ЦП/0138 [Текст] / Е. I. Да-ншенко та ш - К.: Транспорт Украши., 2006. -336 с.
Вериго, М. Ф. Взаимодействие пути и подвижного состава [Текст] / М. Ф. Вериго. - М.: Транспорт, 1986. - 559 с.
10. Разработка рекомендаций по допустимым скоростям по боковому направлению стрелочных переводов, взаимное положение которых не соответствует техническим требованиям [Текст]: звгг про НДР / Д11Т. КГНДЛ. - Д., 2008. - 51 с.
11. Трофимов, А. Н. Исследование динамической неровности в рельсовом стыке [Текст] / А. Н. Трофимов // Тр. ДИИТа. Взаимодействие пути и подвижного состава. - Д., 1989. -С. 27-33.
Надшшла до редколеги 01.12.2009. Прийнята до друку 17.12.2009.
