Вывод: коэффициенты запаса устойчивости колесной пары против схода с рельсов при выжимании продольными силами (по второму расчетному случаю) для установок 1 и 2 тележек при возвышениях наружного рельса 0.15 м и при отсутствии возвышения превосходят/ не превосходят минимально допускаемую величину, что удовлетворяет/ не удовлетворяет необходимому требованию [1]. 3 ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ ВАГОНА ОТ ОПРОКИДЫВАНИЯ В КРИВЫХ УЧАСТКАХ ПУТИ Устойчивость вагона от опрокидывания в кривых участках пути аналитически оценивается в соответствии с пунктом 3.4.4. «Норм».
Оценка устойчивости вагона от опрокидывания производится при движении его по кривым участкам пути для двух случаев опрокидывания:
- наружу кривой;
- внутрь кривой.
При оценке устойчивости вагона от опрокидывания наружу кривой рассматривается его движение с максимальной скоростью для данного радиуса кривой и возвышения наружного рельса в составе поезда. При этом учитываются центробежные и ветровые нагрузки, направленные наружу кривой, и поперечные составляющие продольных сил сжатия, действующие на вагон через автосцепки.
При оценке устойчивости вагона от опрокидывания внутрь кривой рассматривается его движение с малой скоростью (при практически полном отсутствии центробежной силы) в режиме тяги поезда. При этом учитываются ветровые нагрузки, направленные внутрь кривой, и поперечные составляющие квазистатических сил тяги на автосцепках.
Коэффициент запаса устойчивости вагона от опрокидывания определяется по формуле
, (3.1) где Рст – статическая вертикальная сила давления колеса на рельс с учетом обезгрузки при действии вертикальных составляющих продольных сил, действующих на вагон через автосцепки, кН;
Рдин – динамическая вертикальная сила давления колеса на рельс, вызванная действием поперечных сил с учетом перемещений центров тяжести кузова вагона и тележек, кН;
[Куд] – допускаемый коэффициент запаса устойчивости от опрокидывания.
Силы Рсти Рдин определяются по формулам
, (3.2)
, (3.3) где – сила тяжести вагона, кН.;
– вертикальная составляющая продольной силы, действующая на кузов вагона через автосцепку, кН;
n – число осей вагона, шт;
– боковая сила, действующая на кузов, равная разности центробежной силы и поперечной составляющей силы тяжести, возникающая вследствие возвышения наружного рельса, кН;
– боковая сила, действующая на тележку, равная разности центробежной силы и поперечной составляющей силы тяжести, возникающая вследствие возвышения наружного рельса, кН;
– сила давления ветра на кузов, кН;
– сила давления ветра на тележку, кН;
– поперечная (горизонтальная) составляющая продольной силы, действующая на вагон через автосцепку, кН;
– сила тяжести кузова, кН;
– сила тяжести тележки, кН;
– высота от уровня головки рельса до центра тяжести кузова, м;
– высота от уровня головки рельса до центра тяжести тележки, м;
– высота от уровня головки рельса до геометрического центра боковой проекции кузова, м;
– высота от уровня головки рельса до геометрического центра боковой проекции тележки, м;
– суммарное, параллельное плоскости головки рельсов перемещение центра тяжести кузова относительно центрального положения продольной оси вагона, м;
– суммарное, параллельное плоскости головки рельсов перемещение центра тяжести тележки относительно центрального положения продольной оси вагона, м;
– расстояние между кругами катания колес, м.
Значения Fk ,FT для случая опрокидывания наружу кривой определяются по формулам
(3.4)
, (3.5) где – масса кузова, т;
– масса тележки, т.;
– боковые непогашенные ускорения в кривой, м/с2.
Значения и определяются по формулам
, (3.6)
, (3.7) где N – продольная сила, действующая на кузов вагона через автосцепку, кН;
– разность уровней автосцепок, м;
– длина жесткого стержня, образованного двумя сцепленными автосцепками, м;
– длина вагона по осям сцепления автосцепки, м;
R – радиус расчетной кривой, м.
Величина разности уровней автосцепок определяется формулой
, (3.8) где – поперечное одностороннее перемещение из центрального положения рам тележек относительно букс колесных пар, м;
– поперечное одностороннее перемещение из центрального положения надрессорных балок относительно рам тележек, м;
– поперечное одностороннее перемещение из центрального положения пятников (шкворневых устройств) рамы кузова относительно надрессорных балок, м;
– установочное (технологическое) поперечное смещение (отклонение) продольной оси кузова относительно оси, проходящей через центры пятников (шкворневых устройств). При длине вагона до 16 м – принимается равным 10 мм, для более длинных – с увеличением пропорционально длине, м;
– смещение центра тяжести при боковом наклоне кузова за счет зазора между скользунами кузова и тележек, м;
– смещение центра тяжести при боковом наклоне кузова за счет одностороннего прогиба рессор при действии боковых сил, м.
Величины и определяются по формулам:
, (3.9)
, (3.10) где – возможный зазор между скользунами с одной стороны вагона, м;
– поперечное расстояние между продольными осями скользунов, м;
– поперечное расстояние между продольными осями рессорных комплектов, м;
– высота от уровня головки рельсов до плоскости подпятника, м;
– высота от уровня головки рельсов до верхней плоскости рессорных комплектов, м.
Формула для определения действительна при соблюдении условия:
(3.11) где – расчетный статический прогиб, м;
– коэффициент конструкционного запаса прогиба.
Данные для расчета по опрокидыванию груженой и порожней платформы приведены в таблице 3.1.
Результаты расчета для вагона в груженом и порожнем состояниях при оценке возможности опрокидывания наружу кривой приведены в таблице3.2, внутрь кривой – в таблицах 3.4 и 3.5. Данные по высотам расположения над уровнем головок рельсов центра тяжести кузова, геометрического центра проекции кузова и площади проекции кузова получены в процессе компьютерного проектирования вагона. Таблица 3.1 – Данные для расчета по опрокидыванию наружу кривой
Наименование
| Обозначение
| Груженый вагон
| Порожний вагон
| 1 Масса вагона, кг,
| mв
|
|
| 2 Масса тележки, кг,
| mт
|
|
| 3 Сила тяжести вагона, кН,
| Gв
|
|
| 4 Число колесных пар
| n
|
|
| 5 Продольная квазистатическая сила, действующая на кузов при сжатии через автосцепку, кН,
| N
| 1000
| 500
| 6 Разность уровней осей автосцепок рассматриваемого и соседних вагонов, м,
| Δh
| 0.08
| 0.08
| 7 Длина жесткого стержня, образованного двумя сцепленными типовыми автосцепками при сжатии вагонов, м,
| 2a
| 2.0
| 2.0
| 8 Радиус кривой, м,
| R
| 650
| 650
| 9 Поперечное ускорение в кривой, непогашенное возвышением наружного рельса, м/c2,
| анп
|
|
| 10 Высота от уровня головок рельсов до центра тяжести кузова, м,
| hцк
|
|
| 11 Высота от уровня головок рельсов до центра тяжести тележек, м,
| hцт
| 0.47
| 0.47
| 12 Площадь проекции кузова, м2,
| Sк
|
|
| 13 Площадь проекции тележки, м2,
| Sт
| 2.0
| 2.0
| 14 Высота от уровня головок рельсов до геометрического центра боковой поверхности кузова, м
| hвк
|
|
| 15 Высота от уровня головок рельсов до геометрического центра боковой поверхности тележки, м,
| hвт
| 0.47
| 0.47
| 16 Давление ветра при расчете опрокидывания в кривой, кПа,
| qв
| 0.5
| 0.5
| 17 Высота от уровня головок рельсов до продольной оси автосцепок, м,
| hа
|
|
| 18 Длина вагона по осям сцепления автосцепок, м,
| 2Lс
|
|
| 19 Сила тяжести кузова, кН,
| Gк
|
|
| 20 Сила тяжести тележки, кН,
| Gт
|
|
| 21 Высота от уровня головки рельса до плоскости подпятника, м,
| hп
|
|
| 22 Поперечное расстояние между скользунами, м,
| 2Sс
|
|
| 23 Высота от уровня головок рельсов до верхней плоскости рессорных комплектов, м,
| hресс
| 0.526
| 0.566
| 24 Половина расстояния между рессорными комплектами, м,
| b
|
|
| 25 Жесткость рессорного подвешивания одной стороны вагона в вертикальном направлении, м,
| с в
|
|
| 26 Статический прогиб рессорного подвешивания, м
| fст
|
|
| |