(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 | |
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⇒