Динамическое вписывание электровоза в кривой

Динамическое вписывание базы электровоза и базы тележки предусматривает определение допустимой расчётной скорости, а также определение боковых усилий, действующих от колёсной пары на рельсы.

Поэтому задачи динамического вписывания выполняют с некоторыми допущениями, так как учитываются только следующие силы:

- горизонтальные составляющие сил трения бандажей о рельсы F ₁ – F ₃;

- центробежная сила локомотива С;

- горизонтальная составляющая сила от массы локомотива, возникающей от возвышения наружного рельса в кривой С₁;

- боковые реакции со стороны рельсов от воздействия упирающихся в нихколес (направляющие усилия) Y ₁ – Y₃;

- боковые давления колес на головки рельсов Y’ ₁ – Y’ ₃, представляющиеразность между направляющими усилиями и силами трения бандажей о рельсы;

- возвращающие силы и моменты при наличии в экипаже возвращающих устройств, а также моменты трения в опорах.

Реакции со стороны головок рельсов являются внешними силами, направляющими движение экипажа в кривой. Это движение может быть представлено в виде непрерывной суммы двух движений: поступательного вдоль продольной оси экипажа и вращательного вокруг точки называемой центром поворота или полюсом тележки Ω. Расстояние от осей колесных пар до центра поворота тележки называют полюсным расстоянием x _i.

Вычерчиваем схему тележки локомотива ВЛ8, наносим силы и моменты, действующие на тележку.

Тележка считается находящейся в равновесии, если силы и моменты, приложенные к ней, уравновешиваются внешними силами, то есть реакциями рельсов. Для рассматриваемой передней тележки реакциями рельсов являются усилия Y ₁ и Y ₃.

Начать следует с вычерчивания схемы тележки электровоза и нанесения всех основных сил и моментов действующих на нее. Для нанесения на схему центра поворота Ω нужно предположить, что тележка находится в положении наибольшего переноса.

Для этого положения полюсное расстояние первой (направляющей) колесной пары

X ₁ =,

где b – база тележки, м;

R _d – радиус кривой для динамического вписывания, м;

2σ + Δ – ширина колеи зазора, мм.

Рисунок 11 – Расчетная схема динамического вписывания

Ширину колеи зазоров 2σ + Δ при динамическом вписывании следует принять минимальную с учетом допускаемых отклонений от номинальных размеров. Согласно ПТЭ на прямых участках пути и на кривых радиусом 350 м и более

2σ = мм при скорости 120 км/ч,

2σ = мм при скорости от 121 до 140 км/ч.

Согласно ПТЭ

Δ – 10 мм – при радиусе кривой от 349 до 300 м;

Δ – 15 мм – при радиусе кривой 299 м и менее.

Полюсные расстояния второй и третьей колесных пар находится по схеме (рисунок 4).

Для схемы с жестким шкворнем электровоза ВЛ8 уравнения равновесия имеют вид;

- уравнение сил

– y ₁ + C – C ₁ + y ₃ + 2 F ₁cosα ₁ – 2 F ₃cosα ₃ = 0, (36)

- уравнение моментов

y ₁ x ₁ – Cx ₂ + C ₁ x ₂ + y ₃ x ₃ – M _в – 2 F ₁ r ₁– 2 F ₃ r ₃ = 0, (37)

где y ₁, y ₃ – направляющие усилия от рельсов, обеспечивающие поворот тележек в кривой;

С – центробежная сила от массы электровоза, приходящаяся на тележку;

С ₁ – горизонтальная сила, возникающая от возвышения наружного рельса h в кривой;

М – суммарный момент от возвращающих сил трения в опорно-возвращающих устройствах при повороте тележки вокруг центрального шкворня;

F ₁, F ₃ – силы трения в опорных точках колес, направленные перпендикулярно лучам r ₁, r ₃;

S – половина расстояния между кругами катания бандажей колес, S = 0, 8 м.

Задаемся следующими параметрами:

Радиус кривой для динамического вписывания R _д = 660 м

База тележки b = 3м

База локомотива L_б = 16, 5м

Нагрузка на боковую опору Р ₂ = 46 кН

Коэффициент трения в боковой опору f _тр.б.оп = 0, 25

Нагрузка на ось 2П = 111, 875 кН

Жесткость пружины возвращающего аппарата Ж_п =0, 95

Наибольшая допускаемая скорость в кривой определяется по формуле

,

где h – возвышение наружного рельса, мм

α _н – непогашенное ускорение, принимаем 0, 7м / с²

км/ч.

6.1 Определение полюсного расстояния в положении наибольшего перекоса

,

где – ширина зазора колеи, м; = 0, 039м

м.

Из упрощенной схемы тележки, представленной на рисунке 4 определим размеры:

м

м

Определяем r_i;

Рисунок 12- Вспомогательные кривые

По графикам определяем cosα _i;

cos α ₁=1; cos α ₃ = 1.

Угол поворота тележки определяем по формуле для передней тележки

Определяем центральную силу, приходящуюся на тележки

= 22, 78кН.

Определяем силу от возвышения наружного рельса

где G – часть веса электровоза, приходящийся на тележку, кН

h – возвышение наружного рельса, м

Значения сил трения в опорных точках колеса считаются равными для всех колесных пар электровоза.

где 2П- статическое давление колесной пары на рельс, кН,

f_тр- коэффициент трения между рельсами и бандажами, f_тр=0, 25

Возвращающий момент принимаем из таблицы,

Составляем уравнение равновесия для тележки электровоза ВЛ8

Σ F=0;

Σ M=0;

Решая уравнение относительно y₁, получим

Подставим y₃ во второе уравнение

Подставим y₁ в ранее полученное уравнение

Определяем скорость, соответствующую центробежной силе. Если наша больше, чем конструкционная, то принимаем конструкционную скорость. Если нет, то принимаем 5 значений скорости через 5 км/ч.

Задаемся значениями скоростей 80, 75, 70, 65, 60 км/ч и определяем центробежные силы, соответствующие этим скоростям

Все остальные величины, входящие в уравнения равновесия определеныв пункте 6.1. Решив уравнения равновесия относительно y₁ и y₃, получим их значения, которые занесем в таблицу 1.

Таблица 1 –Значения направляющих усилий в зависимости от скорости

Рисунок 13– График зависимости y₁=f(v) и y₃=f(v)

По ним находим величины направляющих усилий при скорости v _доп=77, 5 км/ч.

Боковое давление колеса на рельс определяем по формуле

Рамное давление

Определяем коэффициент рамной диагностики

Боковое давление с учетом коэффициента рамной диагностик

Все вычисления заносим в таблицу 2

Таблица 2 – Расчет боковых давлений в зависимости от скорости

Рисунок 14- График зависимости y ¹_1д = (v).

ЛИТЕРАТУРА

1 Электровоз ЧС2т. Руководство по эксплуатации./Под ред. В. А. Ракова. – М.: Транспорт, 1967. – 320 с.

2 Ремонт электровозов и электропоездов. Учебник для техникумов ж.-д. транспорта./ Под ред. В. М. Находкина. – М.: Транспорт, 1981. – 360 с.

3 Рама тележки электровоза. Конструкция и расчет на прочность./Под ред. Ю. М. Ломброзо. – Омск, 1981. – 26 с.

4·Локомотивы и мотор-вагонный подвижной состав железных дорог. В. А. Раков. М., «Транспорт», 1990 г.