Непогашеное ускорение и возвышение наружного рельса

При движении экипажа в кривой появляется центробежная сила, которая создает дополнительное давление колес на наружную рельсовую нить. Поэтому рельсы наружной нити изнашиваются быстрее, возникает отбой рельсов или увеличивается напряжение в них, появляется непогашенное центробежное ускорение, при больших значениях которого пассажиры испытывают неприятное ощущение.

Как известно, центробежная сила I определяется по формуле

где m – масса экипажа;

υ – скорость движения экипажа;

G – сила давления экипажа;

q – ускорение силы тяжести;

R – радиус кривой.

К горизонтальным силам следует отнести и силу ветра, которую можно определить по формуле

где W_в – давление ветра;

υ_в – скорость ветра;

k – коэффициент, зависящий от форм поверхностей, воспринимающих давление, который для сплошных поверхностей (вагонов) равен 0,085–1,25, а для решетчатых – 0,078.

Чтобы снизить боковое давление на рельсы наружной нити и избежать их отбоя, уменьшить их перегрузку, добиться равномерности износа рельсов обеих нитей и избавить пассажиров от неприятных воздействий, производят возвышение наружних рельсов, то есть наружные рельсы в кривых возвышают над внутренними.

Длина прямых вставок между смежными кривыми

Категория желез­нодорожной линии	Длина прямой вставки, м
	В нормальных условиях между кривыми, на­правленными		В трудных условиях между кривыми, на­правленными
	В разные стороны	В одну сторону	В разные стороны	В одну сторону
Скоростные	150	150	100	100
Особогрузонапря-женные	75	100	50	50
I иII	150	150	50	75
III	75	100	50	50
IV	50	50	30	30

Примечания: 1. В случаях, когда на особогрузонапряженных лини­ях предусматривается максимальная скорость движения пассажирских поездов свыше 120 км/ч, прямые вставки на указанных линиях следует принимать по нормам, предусмотренным для линий Iкатегории.

2. На подъездных путях, обслуживаемых маневровым порядком, а в трудных условиях при поездном движении со скоростями не более 25 км/ч, а также на временных участках трассы, сооружаемых на период строительства, прямые вставки между переходными кривыми допуска­ется не устраивать. При отсутствии переходных кривых прямые вставки допускается не устраивать, если не предусматривается возвышение на­ружного рельса.

 

Определение возвышения наружного рельса из условия обеспечения равномерности и вертикального износа рельсов обеих нитей кривой

Представим положение экипажа в кривой радиусом R, имеющей возвышение наружного рельса h (рис. 1).

Рис. 1 – Положение экипажа в кривой с возвышением наружного рельса

Примем обозначения:

Е_н – вертикальная реакция наружного рельса;

Е_в – то же внутреннего рельса;

α – расстояние от поверхности катания рельсов до центра тяжести экипажа массой G.

Чтобы рельсы обеих нитей изнашивались равномерно, необходимо выбрать такое возвышение h, при котором соблюдалось бы следующее равенство:

∑Е_н = ∑Е_в, или ∑Е_н – ∑Е_в = 0. (3)

Согласно условию (3) логично принять

I cosα = G sinα (4)

По малости угла α примем cos α = 1, а sin α = h/S₁ (где S₁ – расстояние между осями рельсов).

Подставив значения cos α и sin α в выражение (4), получим I = Gh/S₁. Откуда h = S₁I/G. Но по выражению (1) I = Gυ₂/gR, следовательно,

или, имея в виду воздействия на путь в кривой многих экипажей – поездов и условия (3), примем G = ∑N_iP_i. Тогда получим:

Подставив в выражение (5) S₁ = 1,6 м, g = 9,81 м/с² и введя переводные коэффициенты, для того чтобы подставить υ в км/ч, R в м, Р в т, получим h, мм

где N₁, N₂, N₃, …, N_i – число поездов определенного рода, например пассажирских, грузовых, пригородных, проходящих в сутки по данной кривой радиуса R;

P₁, P₂, P₃, … P_i – масса поездов соответственно указанных родов, т;

υ ₁, υ ₂, υ ₃, …, υ_i – скорости движения указанных поездов, проходящих по рассматриваемой кривой, км/ч.

По исследованиям ВНИИЖТа и Г. М. Шахунянца, к величине возвышения наружного рельса, определяемого по формуле (6), необходимо плюсовать добавку ∆h, то есть

Добавочный член ∆h учитывает влияние эксцентриситетов расположения экипажа в колее, ненадрессорного и надрессорного строений экипажа.

По исследованиям профессора Г. М. Шахунянца можно ориентировочно принимать для грузового движения ∆h_гр = 4 мм, для пассажирского ∆h_п = 21 мм, для смешанного

Для линий с преимущественным пассажирским движением ВНИИЖТ предлагает принимать ∆h_п = 30 мм, с преимущественным грузовым движением ∆h_гр = 20 мм, в остальных случаях ∆h = 25 мм.

Определение возвышения наружного рельса по условиям комфортабельности езды пассажиров

Большие величины непогашенных горизонтальных ускорений вызывают неприятные ощущения у пассажиров. В связи с ростом скоростей движения поездов приобретает особую важность принятие допускаемых величин непогашенных горизонтальных ускорений α_н, обеспечивающих малоощутимую, комфортабельную езду.

Экспериментальными исследованиями В. С. Шаройко и А. Н. Курошвили установлено, что длительное и повторное воздействие непогашенного центробежного ускорения величиной до 0,8 м/с² включительно большинство людей переносит удовлетворительно. Непогашенное центробежное ускорение, равное 1 м/с², переносится удовлетворительно при немногократных и непродолжительных воздействиях.

На основании вышеуказанных исследований и работ ВНИИЖТа принята как осредненная норма непогашенного горизонтального ускорения α_доп = 0,7 м/с².

При h = 0 центробежная сила I = mυ²/R = ma не компенсируется полностью, и непогашенное ускорение υ²/R вредно воздействует на человека. При h ≠ 0 появляется центростремительная сила Н = G sin α = Gh/S₁ = mh/S₁, где ускорение будет gh/S₁. При этом ускорение, которое сила I–H сообщает массе человека, будет разностью центробежного υ²/R и центростремительного gh/S₁ ускорений и представляет непогашенное горизонтальное ускорение, то есть

которое существует практически всегда. Следовательно, надо ограничивать α_н по условиям обеспечения пассажирам комфортабельности езды, то есть принимать α_доп.

При υ_max, когда возникает непогашенное центробежное ускорение при недостаточном размере h, выражение (9) можно написать так:

откуда

Принимая S₁ = 1,6 м, q = 9,81 м/с² и выражая h в мм, α_доп в м/с² и υ в км/ч, получим:

За окончательное значение h следует принимать наибольшее из двух, определяемых по формулам (6) и (10). На железных дорогах принято максимальное возвышение наружного рельса 150 мм, но в отдельных случаях допускается и большее.

Максимальные значения h на дорогах некоторых других стран следующие: в США и Великобритании – 152, во Франции – 160 и 180, в Японии на линии Синкансен – 200, в ГДР, ФРГ, Болгарии, Румынии и Югославии – 120, в Польше – 130, в Венгрии – 110 мм. За рубежом возвышение наружного рельса над внутренним в принципе определяется на основе тех же исходных положений, которые здесь рассмотрены.

 

⇐ Предыдущая3456789101112Следующая ⇒

Поделиться: