Научная статья на тему 'Влияние базы вагона-платформы сочлененного типа на запас устойчивости от схода колеса с рельса'

Влияние базы вагона-платформы сочлененного типа на запас устойчивости от схода колеса с рельса Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
237
102
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ВАГОН-ПЛАТФОРМА СОЧЛЕНЕННОГО ТИПА / БАЗА ВАГОНА-ПЛАТФОРМЫ / КОЭФФИЦИЕНТ ЗАПАСА УСТОЙЧИВОСТИ ОТ СХОДА КОЛЕСА С РЕЛЬСА / CAR A PLATFORM ARTICULATED TYPE / THE BASE CAR THE PLATFORM / THE SAFETY FACTOR OF GATHERING WHEELS WITH THE RAIL

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Козлов П. В.

На стадии проектирования вагона-платформы сочлененного типа необходим выбор параметров рамы, устройства связи смежных рам, подвешивания. Определяющим параметром конструкции рамы является ее база. В статье рассмотрено влияние (в виде зависимости) длины рамы сочлененного вагона-платформы на коэффициент запаса от схода колеса с рельса для различных условий движения (прямые, кривые). При конструировании вагона полученные зависимости могут быть использованы для рационального выбора ее длины.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Козлов П. В.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Influence of the Base of a Flat Car of the articulated type on the resource of Stability Against wheel derailment

At the stage of designing a flat car of the articulated type it is necessary to choose the right parameters of a frame and the devices for adjacent frames connection and suspension. The deciding parameter of the frame design is its base. The author has considered the influence (in the form of dependence) of the frame length of the articulated flat car on the factor of the resource of stability against the wheel derailment for different conditions of movement (straight lines and curves).While designing a car, the dependences obtained can be used for the rational choice of the frame length.

Текст научной работы на тему «Влияние базы вагона-платформы сочлененного типа на запас устойчивости от схода колеса с рельса»

Современные технологии - транспорту

55

УДК 629.463.62 П. В. Козлов

Петербургский государственный университет путей сообщения

ВЛИЯНИЕ БАЗЫ ВАГОНА-ПЛАТФОРМЫ СОЧЛЕНЕННОГО ТИПА НА ЗАПАС УСТОЙЧИВОСТИ ОТ СХОДА КОЛЕСА С РЕЛЬСА

На стадии проектирования вагона-платформы сочлененного типа необходим выбор параметров рамы, устройства связи смежных рам, подвешивания. Определяющим параметром конструкции рамы является ее база. В статье рассмотрено влияние (в виде зависимости) длины рамы сочлененного вагона-платформы на коэффициент запаса от схода колеса с рельса для различных условий движения (прямые, кривые). При конструировании вагона полученные зависимости могут быть использованы для рационального выбора ее длины.

вагон-платформа сочлененного типа, база вагона-платформы, коэффициент запаса устойчивости от схода колеса с рельса.

Введение

Вагон-платформа сочлененного типа относится к специализированному подвижному составу, и с учетом условий эксплуатации компании-перевозчики предъявляют свои требования к конструкции изготавливаемой платформы. В основном это требования к выбору погрузочной длины для перевозки определенного рода груза (крупнотоннажных контейнеров, автомобилей, цистерн) фиксированной длины и массы в составе сформированного поезда.

Погрузочная длина каждой секции вагона может составлять до 24,4 м. При такой длине вагона-платформы важно перераспределить массу рам и груза между крайними и средней тележками во избежание превышения допустимой осевой нагрузки [1], [5]. Перераспределение массы происходит либо за счет варьирования базы смежных секций, либо внедрением переходных устройств, которые смещают массу груза ближе к центру масс рамы (например, турникетные опоры платформы 13-470-01) [3]. Под половиной базы вагона-платформы сочлененного типа (база одной секции) понимается расстояние между шкворневыми сечениями крайней и средней тележек.

В статье рассмотрено влияние длины рам на показатель качества хода -коэффициент запаса устойчивости от схода колеса с рельса (Кус) по

условию выжимания в прямой и кривой для вагона-платформы сочлененного типа, состоящего из двух секций.

ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС

2011/4

56

Современные технологии - транспорту

1 Зависимость коэффициента запаса устойчивости от схода колеса с рельса от базы вагона-латформы сочлененного типа по условию выжимания в прямой

При действии сжимающих сил при торможении в результате относительного перемещения между шкворневыми сечениями вагона из-за зазоров в тележках и рельсовой колее состав может установиться «ёлочкой» в плане с симметричным положением автосцепок относительно вагона (рис. 1, а), или по схеме, где автосцепки расположены параллельно оси пути (рис. 1, б) [2].

а)

Рис. 1. Схема положения состава сочлененных вагонов на прямом участке пути при действии сжимающих сил в автосцепках: 1 - ось рамы вагона; 2 - автосцепка

Устойчивость колеса против схода с рельса проверяется для наиболее опасного случая сочетания большой поперечной силы взаимодействия набегающего колеса с рельсом и малой вертикальной нагрузки на это колесо.

Предварительный анализ выражений для определения выжимающих (поперечных) сил показал, что силы, действующие в схеме а, превосходят силы в схеме б (см. рис. 1). Причем величины поперечных сил по схеме а на колеса крайних тележек превосходят силы, действующие на колеса средней тележки [2], поэтому для вывода зависимости учитываются схемы приложения вертикальных и поперечных сил, приходящиеся на колеса крайней тележки.

Коэффициент запаса устойчивости от схода колеса с рельсов определяется как отношение сил вертикальной Q(l) к боковой H(l), действующих от колеса на рельс:

(1)

где l - половина базы вагона.

Если значение коэффициента больше нормированной величины (для прямых участков пути 1,3 [4]), то вагон обладает достаточным запасом устойчивости.

2011/4

Proceedings of Petersburg Transport University

Современные технологии - транспорту

57

Зависимость боковой силы от половины базы вагона H(l) определяется исходя из уравнения равновесия вагона в плане по формуле:

где N - продольная сжимающая сила, действующая в автосцепках вагона, N = 500 кН;

а - расчетная длина жесткого стержня, образованного двумя сцепленными автосцепками по условным шарнирам, а = 2 м;

8 - свободное относительное перемещение шкворневых сечений вагона за счет зазоров в тележках и рельсовой колее, 8 = 0,05 м;

La - расстояние от центра узла сочленения до задних упоров автосцепки, определяется по формуле La (l) = l + к (к - длина концевой части полурамы, к = 0,935 м);

l - варьируемое значение половины базы платформы (в расчете принимается диапазон значений от 3 до 20 м). Значения величин N, а ,8 приняты согласно [4].

Схема вертикальных сил, действующих на сочлененный вагон на прямом участке пути, приведена на рисунке 2.

Рис. 2. Схема сил, действующих на вагон-платформу сочлененного типа в прямой

в вертикальном направлении

Зависимость вертикальной силы, действующей на подпятник средней тележки, от половины базы вагона получена из решения задачи статики (см. рис. 2):

где Nha - момент продольной силы в автосцепках, возникающий из-за разности их уровней ha = 0,08 м [4]; g - ускорение свободного падения;

(2)

(3)

ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС

2011/4

58

Современные технологии - транспорту

mp - масса одного метра рамы платформы (погонная масса), принимается 0,7 т; Lm(l)- центр масс рамы платформы, принимается Lm(l) = La(l)/2 .

Зависимость коэффициента запаса устойчивости от половины базы вагона-платформы сочлененного типа по условию выжимания в прямой представлена на рисунке 3.

Рис. 3. Зависимость коэффициента запаса устойчивости от половины базы

(выжимание в прямой)

При половине базы вагона-платформы сочлененного типа более 10 м условие устойчивости от выжимания в прямой выполняется.

2 Зависимость коэффициента запаса устойчивости от схода колеса с рельса от базы вагона-платформы сочлененного типа по условию выжимания в кривой

Критическое сочетание действующих на колесную пару сил рассматривается в случае экстренного торможения поезда повышенного веса на малой скорости с головного локомотива при прохождении составом кривого участка пути, когда возникающие значительные квазистатические усилия сжатия состава могут привести к выжиманию средней тележки за счет появления больших поперечных сил взаимодействия колес с рельсами (рис. 4) [4].

2011/4

Proceedings of Petersburg Transport University

Современные технологии - транспорту

59

Рис. 4. Схема положения сочлененного вагона в кривой при действии сжимающих сил в автосцепках

Оценочный расчет показал, что сила, выжимающая среднюю тележку в кривой, значительно превышает силу для крайней тележки, поэтому расчет действующих вертикальных и поперечных сил выполнен для средней тележки [1].

Коэффициент запаса устойчивости от схода колеса с рельсов определяется согласно формуле (1). Если значение коэффициента больше нормированной величины (для кривых участков пути 1,2 [4]), то вагон обладает достаточным запасом устойчивости.

Зависимость выжимающей силы (см. рис. 4), действующей на среднюю и крайнюю тележки (H(l)1, H(l)2 соответственно), от половины базы вагона определяется по формуле:

Hi(l) = N

2sin(a(l) + в(1)) +

La (l) в (l) cos2a(l)

cosP(l)——; l sin a(l)

H2(l) = N cos P(l)

La (l) ,

l sin a(l) ’

(4)

где в (l) = arctan

VR2-(l /2)2'

^ La (l)-(l/2 )

угол действия сжимающей силы в авто-

сцепках;

R - радиус кривой;

a(l) = arccos(l / (2R)) - угол поворота тележек под вагоном.

Схема вертикальных сил, действующих на вагон-платформу сочлененного типа на прямом участке пути, приведена на рисунке 5.

Зависимость вертикальной статической силы, действующей на подпятник средней тележки, от половины базы вагона выражается формулой:

R,(l) = 2 ((l( ( - Lm (l))- Nha ). (5)

ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС

2011/4

60

Современные технологии - транспорту

Рис. 5. Схема сил, действующих на вагон-платформу сочлененного типа в прямой

(для расчета на выжимание в кривой)

Для вычисления квазистатической силы, приводящей к снижению вертикальной нагрузки на наружный рельс в кривой, рассматривается система сил, для случая отсутствия возвышения наружного рельса приведенная на рисунке 6, а.

а) б)

Рис. 6. Схема сил, действующих в кривой на половину вагона-платформы сочлененного типа (а) и на рельсы от колес центральной тележки (б). Случай отсутствия возвышения

наружного рельса

Из решения квазистатической задачи (см. рис. 6, а) получаем зависимость квазистатических составляющих сил, действующих в рессорных комплектах, от базы половины вагона:

RiR (l) 1 /п ihpH (l) + M (l) gb sin a(l) );

3b sin a(l )v 7

Ril (l) = f gM (l) - Rir (l),

(6)

где H (l)

f

H2(l) 4

H,(l)) 2 )

sin a(l)

поперечная компонента горизонталь-

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

ных сил, действующих на подпятники тележек.

Для вычисления вертикальной силы, действующей на наружный рельс от колес центральной тележки в кривой, рассматривается система сил, схематично показанная на рисунке 6, б.

2011/4

Proceedings of Petersburg Transport University

Современные технологии - транспорту

61

Зависимость вертикальной силы, действующая на наружный рельс от колес центральной тележки, выражается формулой:

q (i) — R1(l) + b Rir (l) ~ Ril (l) + mTg (7)

2 s 2 2

Зависимость коэффициента запаса устойчивости от половины базы вагона-платформы сочлененного типа по условию выжимания в кривой показана на рисунке 7.

Рис. 7. Зависимость коэффициента запаса устойчивости от половины базы платформы

(выжимание в кривой)

Значения коэффициента запаса устойчивости по условию выжимания в кривой во всем исследуемом диапазоне базы (от 3 до 20 м) превышают нормируемую величину 1,2, хотя и имеют регрессирующую зависимость с ростом длины вагона.

Заключение

Разработаны аналитические модели, позволяющие выполнить расчет устойчивости от выжимания вагона сочлененного типа при движении на прямом участке пути и в кривой.

При проектировании вагонов-платформ сочлененного типа для выполнения условий устойчивости от выжимания база каждой секции должна составлять не менее 10 м.

ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС

2011/4

62

Современные технологии - транспорту

Библиографический список

1. Исследование динамических качеств сочлененного вагона-платформы на математических моделях / Е. А. Рудакова // Вестник Днепропетровского национального университета железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна. - 2008. -№ 23. - С. 85-88.

2. Особенности динамического поведения сочлененных вагонов / А. М. Орлова, Н. В. Смирнов, П. В. Козлов // Вагоны и вагонное хозяйство. - 2010. - № 4. - С. 32-34.

3. Инновационное решение - 120-футовая платформа сочлененного типа для перевозки трех 40-футовых крупнотоннажных контейнеров / Ю. П. Бороненко, Т. М. Белгородцева, С. Г. Васильев, Н. В. Смирнов // Транспортные средства и техника. - 2009. - № 5. - С. 56-59.

4. Нормы расчета и проектирования вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных). - М. : ГосНИИВ-ВНИИЖТ, 1996. - 319 с.

5. Сравнительный анализ конструкции рам длиннобазных платформ / Д. А. Василенко // Известия Петербургского университета путей сообщения. - СПб. : Петербургский гос. ун-т путей сообщения, 2007. - Вып. 4 (13). - С. 48-56.

УДК 629.4.053.3

А. А. Костроминов, А. М. Костроминов, Т. В. Крючкова

Петербургский государственный университет путей сообщения

ДИСПЕРСИОННЫЕ СВОЙСТВА ЗОНЫ РАДИОВИДИМОСТИ RFID-ЭЛЕМЕНТОВ В СИСТЕМЕ АВТОВЕДЕНИЯ ПОЕЗДОВ МЕТРОПОЛИТЕНА

Рассматриваются вопросы оценки дисперсии RFID-элементов, используемых для решения задач автоматического управления движением поездов в метрополитене. По данным экспериментов получен закон распределения случайной величины точки начала радиовидимости радиометок ридером, выполнено доверительное оценивание параметров распределения, определена величина максимальной погрешности координат дефектов, вносимой системой привязки к пути.

дисперсия, RFID-технология, радиометка, ридер.

Введение

В системе автоматического управления движением поездов в метрополитене RFID-технологии (Radio Frequency Identification) использованы с целью бесконтактной привязки к пути головных вагонов поездов [1]. Для этого вдоль пути движения поездов на станциях и перегонах в определенных фиксированных точках установлены пассивные радиометки, в память

2011/4

Proceedings of Petersburg Transport University

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.