Устойчивость путевой машины

Устойчивость путевой машины, расчет показателей устойчивости. Устойчивость путевой машины — это способность противостоять внешним силам, стремящимся отклонить от заданного направления движения и привести к сходу с рельсовой колеи, вызвать продольное или поперечное опрокидывание.

При работе, транспортировании и стоянке путевой машины на нее воздействуют различные по причинам возникновения и характеру статические и динамические нагрузки.

Потеря устойчивости машины происходит относительно ребра опрокидывания (левой, правой) рельсовой нити или точки опрокидывания. Критические условия устойчивости:

– поперечное опрокидывание при движении или на стоянке вследствие действия опрокидывающих моментов сил, спроектированных на поперечную вертикальную плоскость;

– продольное опрокидывание при движении или на стоянке вследствие действия опрокидывающих моментов сил, спроектированных на продольную вертикальную плоскость;

– сход с рельсов вследствие передачи на колесные пары боковых сил, например, вызванных взаимодействием рабочего органа и пути или при наличии больших продольных сил в поезде, вызывающих боковые силы в кривых.

Рассмотрим поперечную устойчивость путевой машины при движении в кривой заданного радиуса R, м, и с возвышением наружного рельса h_В, м, рис. 1. Корпус машины через рессорные комплекты, имеющие суммарную жесткость с одной стороны k_Ж, опирается на две ходовых тележки.

Расчет показателей устойчивости

При расчете показателей устойчивости все силы, действующие на корпус и тележки, проектируются на поперечную плоскость (расчетная модель двух связанных упруго дисков).

В точках опрокидывания A и B по линии колес действуют реакции рельсов R_A и R_B, кН. На машину действуют нагрузки: G_К и G_Т – веса корпуса и тележек, кН; Q_К и Q_Т центробежные силы корпуса и тележек, связанные с движением к кривой, кН; P_ВК и P_ВТ – напоры ветра на корпус и тележки, кН; W_РН – рабочая, кН.

Нагрузки приложены в соответствующих центрах тяжести и парусности корпуса и тележек на плече от УВГР.

Нагрузки, приложенные к корпусу, стремятся вызвать его боковой наклон («заваливание»), который вызывает смещение его центра тяжести и ухудшает устойчивость машины. С увеличением жесткости рессорных комплектов такой наклон уменьшается.

Машины, которые имеют далеко выносимые рабочие органы, оснащаются либо блокировкой рессор, либо часть опрокидывающих моментов передают на тяговый модуль. В первом случае расчетная схема упрощается до анализа устойчивости одного жесткого диска.

Смещение и поворот корпуса вокруг центра упругости C вызван моментами приложенных сил. Величина смещения d центра тяжести кузова, определенная из равновесия моментов, м:

В расчете показателей устойчивости принято, что cosa = 1 ввиду малости угла, поэтому вертикальная составляющая G_КВ разложения веса корпуса равна его весу G_К. Разложением сил Q_К, P_ВК и W_РН пренебрегаем, поэтому считаем, что они, вместе с горизонтальной составляющей G_КГ, условно направлены параллельно УВГР.

Угол наклона корпуса на рессорах, град:

Все активные силы, действующие на машину, можно привести к равнодействующей силе F, которая, помимо величины (модуля) характеризуется направленностью и линией действия рис. 1, б.

Опрокидывания не произойдет, если линия действия силы F будет проходить через опорную площадь на уровне головок рельсов между точками A и B. Точка пересечения C отражает критерий устойчивости:

где S — расстояние между точками возможного опрокидывания, м; e — расстояние от точки пересечения равнодействующей активных сил опорного контура до его середины, м.

Вертикальная составляющая F_в разложения равнодействующей распределяется между опорными точками A и B, вызывая реакции рельсов P_A и P_B. Составим два уравнения равновесия системы:

Решая совместно эти уравнения, найдем критерий устойчивости:

Реакции рельсов R_А и R_В определятся из условий равновесия сил относительно точек возможного опрокидывания A и B, кН:

 В формулах угол наклона УВГР к горизонту, град:

 Центробежные силы инерции корпуса и тележек, кН:

где m_К, m_Т – массы корпуса и тележек, кг.

При расчете показателей устойчивости принимается, что ветровое давление на боковую поверхность корпуса и тележек машины составляет p_В = 0,5 кПа.

Соответственно, силы P_ВК и P_ВТ определяются умножением подветренных площадей на ветровое давление, а условные точки приложения этих сил – центры парусности – определяются из уравнений статических моментов элементов, составляющих площадь.

Положения центров тяжести корпуса и тележек относительно УВГР определяются из уравнений статических моментов весов элементов их конструкции. Веса составляющих элементов определяются в процессе выполнения развески конструкции машины или экспериментально путем непосредственного взвешивания ее конструктивных элементов.

Если машина имеет значительные по длине консольные части, в которых действуют вертикально направленные нагрузки (путеукладчики, дрезины с крановым оборудованием, головные снегоуборочные машины, роторные снегоочистители и др.), то возникает необходимость оценить ее продольную устойчивость.

Для двухосной машины предполагаемым ребром опрокидывания является колесная пара, а для машины с тележечной конструкцией экипажной части – шкворневые узлы соединения тележек с корпусом. В этих случаях коэффициент поперечной (продольной) устойчивости n_пр определяется по известной зависимости Госгортехнадзора:

где   – сумма моментов удерживающих сил;  – сумма моментов опрокидывающих сил.

Помощь студентам железнодорожникам