Динамическое вписывание тепловоза в кривой участок пути

Решение задач динамического вписывания предусматривает определение максимальной скорости движения локомотива в кривой, при которой обеспечивается безопасность движения и комфортабельность для обслуживающего персонала и пассажиров. Безопасность движения оценивается критериями безопасности, которые характеризуют величины боковых усилий на рельсы и упругое отжатие рельсов под действием этих усилий.

Критерием комфортабельности является величина непогашенного ускорения a_н. Его величина не должна быть больше 0,7 м/с².

Наибольшая (допускаемая) скорость движения локомотива в кривой определяется из условия комфортабельности по наибольшей величине непогашенного ускорения, км/ч

	(59)
где h –	возвышение наружного рельса, h = 120 мм;
R д –	радиус кривого участка пути для динамического вписывания, R д = 455 м

Рисунок 6 – Упрощенная схема тележки проектного тепловоза

Составим уравнения равновесия для упрощенной схемы тележки проектного тепловоза

(60)

Полюсное расстояние для тележки в положении наибольшего перекоса, м

	(61)
где b –	база тележки, b = 4,2 м;
2s+D –	ширина зазора колеи, 2s+D = 0,014 м
	(62)

Из упрощенной схемы тележки находим х ₂ = 1,52 м, х ₃ = 0,58 м, r ₁= 3,8 м, r ₂= 1,75 м, r ₃= 0,95 м, cosa₁= 0,980, cosa₃= 0,55, sina₂= 0,436.

Определим величины входящие в систему уравнений (60).

Сила от возвышения наружного рельса, кН

	(63)
где G –	часть веса тепловоза, приходящаяся на тележку, G = 630 кН;
2 S –	расстояние между кругами катания бандажей колес, 2 S = 1,6 м

Средние значения сил трения в опорных точках колес считаются равными для всех колесных пар тепловоза. Приближенно они могут быть определены по формуле

	(64)
где 2П –	статическое давление от колесной пары на рельсы, 2П = 210 кН;
¦тр –	коэффициент трения между рельсами и бандажами, ¦тр = 0,25

Суммарный момент, препятствующий повороту тележки примем равным М = 31,75 кН·м.

Произведем подстановку известных величин в систему уравнений (60).

Преобразуем систему уравнений

(65)

Предположив, что Y ₃ = 0, решим систему уравнений (65) и получим Y ₁ = 126,3 кН, С = 150,9 кН.

Определим скорость для рассмотренного случая, км/ч

	(66)
где g –	ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с2

Полученная скорость выше конструкционной. Исследование положений тележек в свободной установке и установке по хорде даст еще большие значения скоростей. Поэтому исследование этих положений не ведем.

Для положения наибольшего перекоса, но в случае, когда задняя колесная пара тележки прижата к внутреннему рельсу Y ₃ ≠ 0, зададимся рядом значений скоростей от V = 0 до V = V _кон = 100 км/ч и решим для этих значений систему уравнений (65) относительно Y ₁, Y ₃.

Центральная сила, приходящаяся на тележку, для каждой скорости, кН

(67)

Боковое давление колеса на рельс меньше направляющего усилия на величину силы трения в контакте колеса с внутреннем рельсом, кН

Y 1’ = Y 1 – F 1.

(68)

Рамное давление, т. е. усилие, передаваемое колесной парой на раму тележки, меньше направляющего усилия на величину сил трения обоих колес, кН

Y р = Y 1 – 2 F 1.

(69)

Рельсовая кривая имеет различные неровности в плане, поэтому движение локомотива в кривой имеет динамический характер, учитываемый коэффициентом горизонтальной динамичности

К гд = 1 + 0,002 V.

(70)

Боковое давление колеса на рельс с учетом К _гд, кН

(71)

Результаты расчета динамического паспорта локомотива в горизонтальной плоскости представлены в таблице 5

Таблица 5 – Результаты расчета динамического паспорта локомотива

V,кН	C,кН	Y 1, кН	Y 3, кН	Y' 1, кН	Y р, кН	K гд, кН	Y' 1д, кН	Y' 3, кН	Y' 3д, кН
	0,0	50,8	75,5	24,5	-1,7	1,00	24,5	49,2	49,2
	1,1	49,0	74,9	22,7	-3,5	1,02	23,2	48,7	49,6
	4,4	50,6	73,3	24,4	-1,9	1,04	25,3	47,0	48,9
	9,8	53,3	70,6	27,1	0,8	1,06	28,7	44,3	47,0
	17,4	57,2	66,7	30,9	4,7	1,08	33,4	40,5	43,7
	27,3	62,1	61,8	35,8	9,6	1,10	39,4	35,6	39,1
	39,2	68,1	55,8	41,8	15,6	1,12	46,8	29,6	33,1
	53,4	75,1	48,7	48,9	22,6	1,14	55,7	22,5	25,6
	69,8	83,3	40,6	57,1	30,8	1,16	66,2	14,3	16,6
	88,3	92,6	31,3	66,3	40,1	1,18	78,3	5,1	6,0
92,2	92,7	94,8	29,1	68,5	42,3	1,18	81,2	2,9	3,4
	109,0	102,9	20,9	76,7	50,4	1,20	92,0	-5,3	-6,4

По результатам расчетов строим зависимости Y ₁ = ¦(V), Y ₃ = ¦(V), представленные на рисунке 7, и по ним находим величины направляющих усилий при скорости V _доп = 92,2 км/ч; Y ’₁ = 68,5 кН, Y ’₃ = 2,9 кН.

Рисунок 7 – Динамический паспорт локомотива в горизонтальной плоскости