Устойчивость движения колесной пары по рельсовой колее

При движении по рельсовой колее, возможно, такое положение колесной пары, при котором одно из колес набегает гребнем на рельс. Плоскость круга катания колеса при этом составляет некоторый угол φн, называемый углом набегания. При этом колесо стремится взойти на рельс по плоскости скольжения, касательной наружной поверхности гребня и составляющей угол β с горизонтальной осью (угол наклона гребня).

Вползание гребня на головку рельса предотвращается, если проекции всех вертикальных сил на плоскость скольжения больше проекции горизонтальных сил, причем считается, что эти силы приложены к точке контакта колеса и головки рельса. Устойчивость колеса против схода с рельса является одним из главных условий безопасности движения вагона.

Согласно нормам для оценки устойчивости колеса против схода с рельсов подсчитывается коэффициент устойчивости кус и требуется соблюдение следующего условия:

кус = ε≥[кус], (6.1)

где [кус]= 1,5 – допускаемое значение коэффициента устойчивости для грузовых вагонов;

ε – коэффициент, определяемый по формуле:

ε=(tg β -0,25)/(1+0,25×tg β), (6.2)

ε=(tg60o-0,25)/(1+0,25×tg60о)=1,034,

β – угол наклона образующей гребня колеса к горизонтальной оси, который у стандартного колеса равен 60º, у колеса, разработанного ВНИИЖТом, – 65º, у колеса, разработанного ОСЖД специально для отечественных железных дорог, – 70º (кроме перечисленных колес могут применяться и другие колеса со специальными профилями);

μ – коэффициент трения скольжения ненабегающего колеса о головку рельса, μ =0,25;

Рв1 – вертикальная составляющая силы реакции набегающего колеса на головку рельса, тс;

Рв2 – вертикальная составляющая силы реакции ненабегающего колеса на головку рельса, тс;

Рб – горизонтальная составляющая силы реакции набегающего колеса на головку рельса, действующая одновременно с Рв1 и Рв2, тс.

Усилия Рв1, Рв2, Рб определяются по формулам:

Рв1 = 2Рст(m)[(1-кд.в1)-кд.б.к]+Hp+qк.п.; (6.3)

Рв2 = 2Рст(m)[(1-кд.в1)-кд.б.к]+Hp+qк.п.; (6.4)

Рб = Нр + μРв2, (6.5)

где Рст(m) – вертикальная статическая нагрузка, действующая на шейку оси, тс;

кд.б.к = 0,25 – среднее значение коэффициента динамики боковой качки;

Нр = ро - среднее значение рамной силы, вычисляемое при среднем значении коэффициента горизонтальной динамики

где ро – осевая нагрузка, тс;

qк.п. – сила тяжести колесной пары с буксами;

= вб(5+v) – среднее значение коэффициента горизонтальной динамики колесной пары;

где в – коэффициент осности тележки;

б – коэффициент, зависящий от гибкости рессорного подвешивания, для грузовых вагонов б = 0,003;

v – скорость движения вагона, м/с; v=33,3 м/с;

=(5+33,3)0,003×1=0,114,

2в2 – расстояние между серединами шеек оси колесной пары;

а1, а2 – расстояние от точек контакта колес до середин шеек оси, а1 = 0,217 м,

а2 = 0,264 м;

r – радиус колеса;

l – расстояние между точками контакта колес с рельсами, принимаемое равным 1,555 м.

Заменив в формулах (6.3) и (6.4) 2Рст(m) = ро – qк.п., а также подставив числовые значения линейных величин и номинальный радиус колеса r=0,475 м, после преобразования получаем следующие упрощенные выражения для Рв1 и Рв2:

Рв1 = ро(0,485–0,528 + 0,289 )+0,528 qк.п., (6.6)

Рв1=24(0,485-0,528×0,23+0,289×0,11)+0,528×0,17×1,4=9,67 тс.

Рв2=ро(0,515 – 0,222 – 0,289 )+0,222 qк.п., (6.7)

Рв2 = 25,5(0,515-0,222×0,23-0,289×0,11)+0,222×0,23×1,4= 10,51 тс,

Нр =24×0,11=2,64 тс,