КИНЕМАТИКА КОЛЕСНОЙ ПАРЫ БЕЗ ЗАКЛИНИВАНИЯ НА СТРЕЛОЧНЫХ ПЕРЕВОДАХ

АННОТАЦИЯ

Введение. Актуальность рассматриваемой проблемы обусловлена повышением межремонтного периода работы подвижного состава. Увеличение технического ресурса колесных пар. В настоящее время на сети дорог встречается ситуация, когда фактическая ширина рельсовой колеи составляет 1519мм и даже менее, а ширина не изношенной колесной колеи 1511мм, т.е. рельсовая колея уже колеи колесной пары. Обследования проведенные на звеносборочных базах показали, что зачастую там собирают звенья с шириной колеи 1510 и 1512мм на железобетонных шпалах. Такую сборку ведут с тем расчетом, чтобы уложив рельс по пределу сужения, не трогать его пока он не износится по пределу уширения. При такой ситуации колесная пара не может самоустанавливаться по минимуму потенциальной энергии. Вопросам влияния на износ и формы контактирующих поверхностей посвящены работы В.П. Есаулова, Л.О. Грачевой, А.Г. Рейдемейстер и др.. Лубрикация, наплавка гребней колес, плазменное напыление это все временные меры, так как причины интенсивного изнашивания в системе «Колесо-рельс» не устраняются.

Цель. Необходимо установить причины возникновения бокового взаимодействия гребней с рельсами, приводящими к катострафическому износу гребней колес и рельсов и безопасного прохождения стрелочных переводов без заклинивания.

ABSTRACT

Introduction. The relevance of the problem under consideration is due to an increase in the overhaul period of the rolling stock. Increasing the technical resource of wheeled pairs. Currently, a situation is found on the road network when the actual width of the rail track is 1519mm and even less, and the width of a not worn wheel track 1511mm, i.e. The rail track is already the ruts of the wheel pair. The examinations conducted on the assembly bases showed that often there are links with a rut width of 1510 and 1512mm on reinforced concrete sleepers. Such an assembly is carried out with the calculation so that by laying the rail to the limit of the narrowing, not to touch it until it is worn out on the limit of bruis. In this situation, the wheeled pair cannot be self -controlled at the minimum of potential energy. The work on wear and forms of contacting surfaces is devoted to the work of V.P. Esaulova, L.O. Gracheva, A.G. Raidemeister and others .. Lubrication, surfacing of the rowers of the wheels, plasma spraying is all temporary measures, since the causes of intensive wear in the wheel-Roles system are not eliminated.

Target. It is necessary to establish the causes of the lateral interaction of combs with rails leading to the cathostrophic wear of the rowers of the wheels and rails and the passage of switch translations without jamming.

Goal. It is necessary to establish the causes of the lateral interaction of the ridges with the rails, leading to catostraphic wear of the ridges of the wheels and rails. Wheelset misalignments are caused by deviations in the geometric dimensions of bogie assemblies: in vibration dampers, in axle boxes, in axle boxes, in side frames, in spring beams and in the geometry of wheelsets, etc. To implement the task, the stability of a wheelset with an offset profile of rolling wheels was checked against a dip into the rail track and the passage of switches without jamming.

Ключевые слова: радиус; качение; колесная пара; расчетное сечение; уклоны; рельсы; тригонометрические функции.

Keywords: radius; rolling; wheelset; calculated cross-section; slopes; rails; trigonometric functions.

Благодарости: 1.Выдан грант за изобретение по заявке № 97121465 по ресурсосберегающим технологиям.

Thanks: A grant was issued for an invention under application No. 97121465 on resource-saving technologies.

Материалы и методы исследования

Исходные данные для решения проблемы снижения интенсивного бокового износа рельсов и гребней колесных пар подвижного состава включают:

• геометрические параметры содержание пути и подвижного состава.
• технологию работы исследуемых станций в части загрузки стрелочных переводов;

Использование полученных данных для разработки предложений по совершенствованию ремонта и норм технического обслуживания путей, тележек локомотивов, грузовых вагонов[1, с40].

Основными пунктами измерений являются станции, на которых измеряют толщину гребней колесных пар, прокат. При измерениях наносится меловая разметка на кузове (или раме) локомотива и вагона над каждой тележкой. В рабочую карту в графу № локомотива (вагона) записывается также номер поезда с которым отправлен вагон (локомотив). Номера поездов с измеренными тележками передаются через оператора ПТО на станции. Количество обмеренных колесных пар локомотивов и вагонов устанавливаются опытным путем[2, с40]. Замер состояния рельсовой колеи производится на базовых кривых по ведомостям согласованным с Дирекцией пути.

При этом устанавливаются:

• сторонность,
• расположение в плане (кривая, прямая),
• боковой износ остряков и рамных рельсов,
• состояние рельсовой колеи на стрелочном переводе.

Анализ работы стрелочных переводов производится по ведомости, согласованной с Дирекцией пути.

Таблица 1.

Данные стрелочных переводов

• сбор данных по износу и содержанию стрелочных переводов, используя данные дистанций пути,
• анализа загрузки стрелочных переводов по ТРА станции, моделированием ее работы, проведением контрольных замеров износа элементов стрелочного перевода,
• изучением силового взаимодействия колесных пар подвижного состава и рельсов.

Инструменты для измерений

Проведена проверка устойчивости колесной пары со смещенным профилем катания колес против провала внутрь рельсовой колеи и прохождения стрелочных переводов. Применяемые инструменты:

1. Шаблон абсолютный вагонный для грузовых и пассажирских вагонов МК 447.05.000(-01) (Т447.05.000) , шаблон универсальный ШУ-01 С10.94-00.00.00.0-00 . Для измерения параметров локомотивных бандажей УТ1 и ИКП-3. Измерение толщины гребня выполняется с использованием нониуса шаблонов У1 и УТ1 с точностью 01мм. Измерение проката выполняется с точностью 1мм.

2. Износ рельсов измеряется «скобой ВНИИЖТ» или штангельциркулем, ширина колеи и возвышение – путевым шаблоном.

Согласно правилам ПТЭ расстояния между рабочими гранями контррельса и сердечника крестовины должно быть не менее 1472 мм, а между рабочими гранями контррельса и усовика – не более 1435 мм. При несоблюдении этих условий эксплуатация стрелочного перевода не допускается. Расстояние между рабочей гранью усовика крестовины и рабочей гранью контррельса должно быть не более 1435, поскольку в случае превышения данного значения возможно заклинивание колесных пар, расстояние между нерабочими гранями которых составляет 1437 мм.

В случае, если расстояние между рабочими гранями контррельса и сердечника крестовины будет менее 1472 мм, произойдет давление рабочей грани гребня колеса на рабочую грань сердечника крестовины, а также возможно попадание гребня колеса в желоб крестовины соседнего пути, что может привести к сходу колесной пары[3, с21].

Рисунок 1. Колесно-рельсовая система со смещенными профилями катания колес и рельсов

Объектами исследований является система колесо-рельс (рис.1).

Оценку вероятности провала производим по соотношениям [3, с21] минимального размера колесной пары до точки М и максимального размера рельсовой колеи до точки К; 

;                                             (1) 

по коэффициентам запаса устойчивости [4, с50]. 

                 (2) 

где  - приведенное расстояние от расчетной точки до наружной грани колеса;

- коэффициенты, учитывающие дополнительные потери устойчивости из-за появления поперечных составляющих сил, обусловленных уклонами на участках: 

Устойчивость против вкатывания наружной стороной гребня оценивают коэффициентом устойчивости [5, с10]. 

          .                       (3) 

Для типовых колесных пар при f₀=0,2-0,3 коэффициент устойчивости равен: 

.              (4) 

При прохождении колесных пар с профилем ПКС по стрелочным переводам (рис.2) по желобу остряка и желобу крестовинного узла без заклинивания (рис3) . Отсутствие заклинивания в желобе на остряк тыльной стороной гребня при прижатом противоположном гребне к рельсу обусловлено тем, чтобы снять нагруженность и износ остряков в эксплуатации [6,с12].

Рисунок 2. Схема прохождения колесной пары желоба остряка

где  1- Рамный рельс,

2-3 –Остряки.

Прохождение без заклинивания (рис.2) можно оценивать наличием зазора между внутренней (тыльной) стороной гребня и рабочей гранью остряка или соотношением размеров тыльно-наружного по гребням B_ГК^min и наружно-тыльного размера по остряку S_ОС^max  [7, с22].

Рисунок 3. Схема прохождения колесной пары желоба крестовины

где  1-контррельс,

2-усовик,

3-сердечник.

Контррельс предотвращает удар гребней колес в сердечник крестовины или попадание их в несоответствующий желоб крестовины из-за поперечного смещения в зоне вредного пространства при противошерстном движении[8, с210]. Безопасный проход колесных пар через крестовину обеспечивается свободным прохождением желоба крестовины, отсутствием наезда наружной стороной гребня на сердечник крестовины, отсутствием наезда внутренней стороной гребня на усовик [9, с12].

Типовые колесные пары заклинивают на сердечник крестовины вследствие максимального тыльного размера между внутренними гранями колес. В желобах остряков типовые колесные пары проходят остряки с зазором ∆ = (0 - 2 мм). Колесные пары с предлагаемым профилем ПКС проходят желоба остряков и крестовин без заклинивания. При касании колесными парами одновременно двух остряков и нагруженность уменьшается [10, с5].

Устойчивости колесных пар против провала внутрь рельсовой колеи оценивается: 

                               (5)

Типовые колесные пары имеют устойчивость ниже предельно допустимой в 1,2… 1,7 раза, что влияет на безопасность движения.

Результаты исследования

В результате исследования приведены расчеты параметров по различным типам профилей колеса(табл.2).

Таблица 2.

Параметры системы колесная пара - стрелочный перевод по условиям прохождения желобов остряков и крестовин

    Колесные пары с профилями катания колес ПКС-5 и ПКС-У8 при прохождении желобов остряков и крестовин во всех случаях заклинивания не имеют.

Таблица 3.

Расчетные данные оценки потери устойчивости колесных пар вагонов против провала внутрь рельсовой колеи 

Обсуждение и заключения

Колесные пары с профилем ПКС-5 и ПКС-У8 обеспечивает все параметры безопасности движения и увеличение ресурса.

Модель позволяет определить координаты точек профиля катания колес подвижного состава, в том числе тягового (локомотивы, вагоны метрополитена, трамваи), а также для изготовления фрезы нового поколения для обточки.

Список литературы:

1. Трудоношин В.А., Пивоварова Н.В. Математические модели технических объектов. В 9 кн. Кн. 4. — М.: Высшая школа машиностроение. 2015. 320 с.
2. Кошелев В.А., Челнокова Л.И. Устойчивость движения вагона и износ рабочих поверхностей колес и рельсов //Конструкционно-технологическое обеспечение надежности подвижного состава .Сборник трудов ПГУПС.-2014.С39-41.
3. Коган А.Я. Поперечные горизонтальные силы ,действующие на железнодорожный путь в прямых участках //Тр.ВНИИЖТ.2018.-Вып.619.С87.
4. Кудрявцев H.H. Исследования динамики необресоренных масс вагонов .// Тр.ВНИИЖТ -2015.-Вып.287.-С167 .
5. К. Сатода, Т. Симицу. Испытания по увеличению сроков службы колес Токийского метрополитена //Железные дороги мира .-2018.-№7 .С12-15.
6. Новиков В.Ю., Схиртладзе А.Г. Технология станкостроения. М.: Машиностроение. 2017. 256 с.
7. Пуш В.Э., Беляев В.Г., Гаврюшин А.А. и др. Металлорежущие станки. М.: Машиностроение.2013. 256 с.
8. Схиртладзе А.Г. Работа оператора на станках с программным управлением. М.: Высшая школа. 2000. 175 с.
9. Differential axle for railroad car [Те^] : пат. 4575145 США : МПК B 60 B 37/10 / Norman E. Wolfram, Frederick T. Skalski, William E. Heronemus ; заявитель и патентообладатель Norman E. Wolfram, Frederick T. Skalski, William E. Heronemus. - № 681285 ; заявл. 13.12.84 ; опубл. 11.03.86.
10. Differential action railroad car wheelset ^xt] : пат. 6048015 США : МПК B 60 B 37/10 / Thomas W. Blasingame, Robert E. Hord ; заявитель и патентообладатель Thomas W. Blasingame, Robert E. Hord. - № 09/004362 ; заявл. 08.01.98 ; опубл. 11.04.00.