Анализ влияния ширины колеи, уширений в кривых и возвышений наружных рельсов на показатели износов гребней колес

(мощности сил трения между гребнем и рельсом)

Результаты расчетов при варьировании шириной колеи в пределах 1506-1526 мм даны в табл. 5.1 и на графиках рис.5.1. Эти расчеты проведены для типового варианта тележки КВЗ-ЦНИИ при движении вагона по 8-образной кривой радиусов 350 м, без уширений колеи в кривой и возвышений наружных рельсов. Вертикальные и горизонтальные неровности отсутствовали. Движение вагона рассчитывалось при скоростях 10- 35 м/с (36-126 км/ч).

Таблица 5.1

Ширина колеи

(мм)

Скорое ть

(м/с)

Мощности сил трения (кгм/сек)

Максимальные мощности на колесах 1 тележки

Максимальные мощности на колесах 2 тележки

Средние мощности по колесам вагона

обод

гребень

обод

гребень

обод

гребень

1

2

3

4

5

6

7

8

1506

10

0

85.2

0

83.5

0

69.1

15

0

115.4

0

110.8

0

89.6

20

0

137.6

0

132.9

0

102.6

25

0

171.1

0

165.3

0

125.7

30

0

200.8

0

190.0

0

143.8

35

0

265.8

0

214.7

0

171.1

1508

10

61.4

63.9

58.8

61.2

40.4

42.2

15

82.1

90.3

78.8

86.8

55.9

61.6

20

104.0

123.3

96.4

114.1

67.9

81.0

25

121.1

138.9

120.4

156.6

80.2

105.1

ЗО

130.3

193.7

131.7

ІШ

85.4

125.5

35

131.1

228.3

137.9

230.5

87.4

147.4

1510

10

61.8

57.5

59.2

54.5

42.6

36.1

15

83.5

85.6

79.3

81.2

56.6

56.2

20

97.9

116.9

89.0

106.4

62.1

74.7

25

113.5

150.6

106.9

142.5

72.6

96.9

ЗО

121.2

183.5

113.9

173.4

ТГі

117.0

35

121.3

216.7

128.7

219.4

80.1

139.7

1512

10

57.4

53.1

56.8

51.9

40.9

34.0

15

74.1

75.7

71.6

72.9

51.6

50.7

20

83.5

102.3

76.5

93.5

55.5

67.6

25

100.0

138.4

93.5

123.7

65.4

88.0

ЗО

121.2

192.9

88.8

132.9

71.6

112.0

35

133.9

245.1

85.5

160.3

74.0

134.6

1514

10

57.4

52.5

56.4

51.3

40.3

32.3

15

71.4

72.8

69.7

70.1

49.3

47.5

20

78.6

96.4

75.4

92.3

51.4

63.2

25

89.5

124.5

88.2

122.0

60.1

82.6

ЗО

93.0

152.0

90.5

146.3

60.4

97.0

35

89.6

179.6

87.7

172.9

58.2

112.6

1516

10

56.7

51.7

56.0

50.2

39.5

30.7

15

69.8

70.4

67.5

68.1

46.8

43.7

20

74.5

91.4

71.6

87.7

46.9

57.7

25

84.3

118.0

81.6

113.5

53.1

74.1

ЗО

87.1

144.0

84.7

138.5

54.7

89.2

35

83.2

170.3

82.0

164.0

52.2

103.4

151.8

10

55.9

50.6

55.1

49.1

39.2

29.7

15

70.7

64.2

69.5

68.8

50.0

41.0

20

71.1

87.6

68.6

84.0

44.6

54.7

25

80.1

113.1

77.3

108.1

50.7

70.7

ЗО

87.0

146.1

80.8

132.5

51.0

83.1

35

97.3

199.6

77.0

155.7

52.1

102.2

1520

10

54.8

49.3

54.0

47.8

38.5

29.0

15

70.6

62.0

68.6

67.2

49.4

39.0

20

68.6

84.7

66.0

81.1

42.3

51.1

25

77.1

109.1

74.2

104.1

47.4

66.1

ЗО

97.0

162.0

74.5

124.0

54.2

88.8

35

93.2

193.0

62.0

123.4

47.1

90.6

Продолжение табл .5.1

1

2

3

4

5

6

7

8

1522

10

54.6

48.1

53.6

46.7

38.3

27.4

15

69.4

66.1

67.8

65.9

47.9

37.9

20

66.1

81.8

64.2

78.3

39.5

48.7

25

78.3

111.6

67.5

94.6

45.5

63.6

30

93.3

156.7

60.4

100.4

47.0

76.6

35

89.4

186.8

57.5

116.5

43.6

84.7

1524

10

54.0

47.3

53.3

46.0

38.0

26.5

15

67.0

57.8

66.4

63.9

47.7

35.6

20

67.3

83.6

61.5

75.1

38.6

47.0

25

87.7

124.5

56.6

79.6

43.7

60.7

30

90.6

153.0

56.9

95.0

46.3

75.7

35

87.1

182.6

53.7

108.9

42.2

80.0

1526

10

53.6

46.7

53.1

45.7

39.7

24.0

15

66.4

63.8

63.9

60.9

45.3

34.3

20

61.1

75.8

58.6

72.2

35.8

43.8

25

68.0

97.2

65.1

92.2

41.5

58.0

30

87.1

146.7

65.1

110.0

44.3

71.6

35

82.2

173.2

50.7

102.4

40.0

74.0

Из данных табл.5.1 и графиков рис.5.1 следует, что при изменении ширины колеи от 1506 мм (нет зазора между гребнем и головкой рельса для номинальных размеров) до 1526 мм мощности сил трения на гребнях уменьшаются на 50-60% в рассмотренном диапазоне скоростей движения.

Если предположить, что величины износов пропорциональны средним мощностям сил трения на гребнях колес, то в таком же соотношении уменьшатся износы гребней. При номинальной ширине колеи 1520 мм с допусками ±6 мм средние мощности сил трения на гребнях снижаются на 20% при плюсовом допуске и увеличиваются на 24% при минусовом допуске. Таким образом, если рекомендовать минусовой допуск на ширину колеи порядка 2 мм и плюсовой допуск до 6 мм, то можно добиться уменьшения износов гребней на ~25%.

При громадных затратах на обточку колесных пар и ремонт пути такое мероприятие дает значительный экономический эффект.

Влияние возвышения наружных рельсов в кривых на величины мощностей сил трения исследовалось расчетным путем и приведено в табл. 5.2 и на графиках рис.5.2.

Возвы шение

(мм)

Скорое ть

(м/с)

Мощности сил трения (кгм/сек)

Максимальные мощности на колесах 1 тележки

Максимальные мощности на колесах 2 тележки

Средние мощности по колесам вагона

обод

гребень

обод

гребень

обод

гребень

0

10

54.78

49.3

54.0

47.8

38.5

29.0

15

70.6

62.0

68.6

67.2

49.4

39.0

20

68.6

84.7

66.0

81.1

42.3

51.1

25

77.1

109.1

74.2

104.1

47.4

66.1

30

97.0

162.0

74.4

123.0

54.2

88.8

35

93.2

193.0

62.0

123.4

47.0

90.6

50

10

56.0

50.5

54.0

47.8

38.7

29.3

15

70.5

62.8

68.9

67.4

49.4

39.2

20

68.6

84.6

66.8

81.4

42.2

51.4

25

77.1

108.9

75.5

104.5 1

46.5

64.1

30

97.0

161.5

74.4

122.2

52.4

85.0

35

93.5

192.7

60.8

123.5

47.54

93.6

100

10

56.27

50.6

53.2

47.0

38.7

28.8

15

70.5

61.7

68.5

67.4

49.5

39.1

20

72.5

89.4

66.7

81.5

44.8

54.7

25

77.2

108.7

75.0

104.6

47.9

66.4

30

97.3

161.2

75.6

124.3

51.4

82.7

35

93.8

192.2

61.9

123.7

47.1

90.6

150

10

55.0

50.7

54.0

47.8

38.4

28.9

15

70.3

61.6

68.3

66.6

50.6

40.6

20

72.6

89.2

65.9

81.2

43.1

53.0

25

81.7

115.1

74.0

104.2

50.36

70.5

30

97.6

161.1

74.6

124.4

52.4

85.4

35

94.0

191.9

61.2

123.7

49.9

98.0

Средняя мощность сил трения на гребне колеса (кгм 1 с)
Рис.5.2. Средняя мощность сил трения на гребне колеса (кгм 1 с)
Рис.5.3. Средняя мощность сил трения на гребне колеса (кгм 1 с)

1 - V = 90км 1 ч;

2 - V = 108км/ч.

1 - V - 36км/ч;

2 - V = 54км 1 ч;

3 - V = 12км 1 ч;

4 - V - 90км 1 ч;

5 - V = 108/ш 1 ч.

Из этих данных видно, что возвышение наружных рельсов имеет различные оптимальные значения на различных скоростях движения.

Так при скорости движения 25 м/с (90 км/ч) минимальные мощности сил трения на гребнях колес имеют место при возвышении 50 мм (см. рис.5.2), а при скорости 30 м/с (108 км/ч) оптимальным является возвышение 100 мм. Возвышение 150 мм является излишним в диапазоне скоростей 10-35 м/с (36-126 км/ч), т.к. увеличивает мощности сил трения на гребнях колес.

Влияние уширения колеи в кривой приведено в табл. 5.3 и на рис.5.3.

Ушире ние колеи

(мм)

Скорое ть

(м/с)

Мощности сил трения (кгм/сек)

Максимальные мощности на колесах 1 тележки

Максимальные мощности на колесах 2 тележки

Средние мощности по колесам вагона

обод

гребень

обод

гребень

обод

гребень

0

10

54.8

49.3

54.0

47.8

38.5

29.0

15

70.6

62.0

68.6

67.2

49.4

39.0

20

68.6

84.7

66.0

81.0

42.3

51.1

25

77.1

109.1

74.2

104.1

47.4

66.1

30

97.0

162.0

74.5

124.0

54.2

88.8

35

93.2

193.0

62.0

123.4

47.1

90.6

10

10

51.6

45.1

50.3

43.4

36.4

24.6

15

64.3

54.7

61.6

58.2

44.9

31.4

20

59.9

74.3

57.4

70.6

34.0

41.3

25

66.6

94.9

63.5

89.5

37.4

51.7

30

86.8

144.9

62.0

104.1

41.8

66.6

35

81.2

170.2

47.3

95.4

37.0

68.4

20

10

46.5

40.1

46.3

20.1

34.2

20.2

15

56.4

46.0

55.0

51.0

41.0

23.1

20

49.2

61.2

46.2

56.9

23.1

28.4

25

53.3

76.5

49.7

70.5

25.5

34.1

30

72.11

122.7

47.1

77.2

35.2

51.7

35

67.6

142.9

28.9

59.4

28.6

51.2

Из этих данных следует, что при изменении уширения в кривой от 0 до 20 мм (при номинальной ширине колеи 1520 мм) мощности сил трения падают. Причем темп уменьшения мощностей сил трения на гребнях колес увеличивается с увеличением скорости движения. Так при скорости движения 10 м/с (36 км/ч) с увеличением уширения от 0 до 20 мм мощности сил трения уменьшаются на ~30%, а при скорости 30 м/с (108 км/ч) - на -42%. Следовательно, уширение колеи в крутых кривых радиусов 350 м и меньше оказывает благоприятное воздействие на вписывание экипажа.

Таким образом, можно констатировать, что с позиций уменьшения износов гребней рельсовая колея шириной 1520 мм не должна иметь минусовых допусков более 4 мм и возвышений наружных рельсов более 100 мм.

Для уменьшения износов гребней колес в кривых малого радиуса (350 м и меньше) целесообразно уширение колеи до 20 мм.

Как показывают результаты проведенных расчетов,, соблюдение указанных рекомендаций по геометрии пути в кривых позволит снизить мощности сил трения на гребнях колес в среднем на 40-50% по сравнению с существующими нормами содержания пути. Это должно значительно уменьшить износы гребней колес и тем самым продлить срок их службы.

Динамика пассажирского вагона в кривых участках пути | Динамика пассажирского вагона и пути модернизации тележки КВЗ-ЦНИИ | Анализ динамических показателей типового и модернизированного вариантов вагона при движении по кривым участкам пути