CC BY
108
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-
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
