Методы улучшения динамических качеств вагонов для перевозки опасных грузов Подлесников Ярослав Дмитриевич

Содержание к диссертации

Введение

1 Анализ исследований в области динамических качеств подвижного состава .11

1.1 Обзор теоретических методов исследования динамики вагонов 11

1.2 Рассмотрение движения одиночной колесной пары .17

1.3 Обзор экспериментальных методов по оценке динамических качеств вагона 31

1.4 Выбор и обоснование выбранного метода исследования 34

1.5 Постановка цели и задач исследования 36

2 Особенности выбранного метода исследований 37

2.1 Рассмотрение движения вагона на двух тележках по кривым 37

2.2 Методика определения устойчивости грузовых вагонов от схода с рельсов 51

2.3 Особенности узла опирания кузова грузовых вагонов на ходовые части 63

2.4 Конструктивные особенности скользунов тележек грузовых вагонов 69

2.5 Выбор расчетных схем .85

2.6 Выводы по разделу 2 88

3 Оценка устойчивости вагонов 89

3.1 По первой расчетной модели 89

3.2 По второй расчетной модели .102

3.3 По третьей расчетной модели .107

3.4 Выводы по разделу 3 113

4 Разработка конструктивных решений для улучшения динамических характеристик вагонов для перевозки опасных грузов 114

4.1 Предложения по совершенствованию шкворневого узла вагонов 114

4.2 Разработка конструктивных решений .124

4.3 Выводы по разделу 4 134

5 Оценка эффективности предложенных конструктивных решений 135

5.1 Первый вариант балансировочной системы 135

5.2 Второй вариант балансировочной системы .140

5.3 Третий вариант балансировочной системы .145

5.4 Четвертый вариант балансировочной системы 152

5.5 Выводы по разделу 5 .159

Заключение 160

Список литературы

• Выбор и обоснование выбранного метода исследования
• Особенности узла опирания кузова грузовых вагонов на ходовые части
• По третьей расчетной модели
• Разработка конструктивных решений

Введение к работе

Актуальность темы исследования. Безопасность движения

железнодорожных единиц подвижного состава определяется

взаимодействием элементов железнодорожного пути и элементов

подвижного состава. Наиболее важным документом, определяющим состояние железнодорожного пути, являются Нормы содержания рельсовой колеи, которые определяют ширину колеи, отступления в плане и вертикальной плоскости, характеристики рельсовой колеи в кривых участках пути, включая возвышения рельса для компенсации непогашенных ускорений и важнейшие параметры земляного полотна, существенно влияющие на технико-экономические параметры вагонов.

Железнодорожный подвижной состав имеет также нормативные документы, регламентирующие как состояние ходовых частей, так и важнейшие динамические показатели, к числу которых относятся положение центра тяжести как отдельных элементов, так и вагона в целом, инерционные характеристики, к числу которых относятся массы элементов, моменты инерции ходовых частей и кузова, жесткостные и диссипативные характеристики связей между элементами.

Происходившая в течение последних 20 лет реорганизация на
железнодорожном транспорте и в отрасли вагоностроения привела к
существованию децентрализации в части обеспечения технической
политики. Передача подвижного состава перевозочным компаниям привела к
появлению противоречивых требований к подвижному составу, и в
частности, появились «независимые» производители подвижного состава, не
имеющие соответствующих технологических возможностей, и начавших
производить подвижной состав, например, вагоны-цистерны для перевозки
опасных грузов, используя не принадлежащую разработчикам

документацию.

Желание иметь «эффективные» вагоны-цистерны привело к

необоснованному производству цистерн с диаметром котла 3200 мм без

проведения необходимых испытаний. Желание организовать движение скоростных поездов на участках, по которым одновременно движутся грузовые поезда, привело к заужению рельсовой колеи, появлению в нормативной документации на содержание рельсовой колеи некоторых параметров, не соответствующих реальным эксплуатационным режимам. В случае остановки поезда в кривой с большим возвышением наружного рельса или движения с малыми скоростями наблюдается отрыв колеса от рельса (рисунок 1).

Рисунок 1 – Отрыв колеса от рельса

В период с 1970-х годов до настоящего времени существенно изменились величины отступлений по содержанию рельсовой колеи. Так, например, в нормах 1970 года перекосы в вертикальной плоскости были приняты порядка 13 мм, а в инструкции ЦП-774 эти величины достигли уже 45 50 мм, а горизонтальные неровности допускаются до 100 мм.

Степень разработанности темы. В основе современных методов исследования динамики подвижного состава и взаимодействия его с верхним строением пути лежат теоретические и экспериментальные работы, выполненные Н.Е. Жуковским, А.Н. Крыловым, С.П. Тимошенко, С.А. Чаплыгиным, А.М. Годыцким-Цвирко, В.А. Лазаряном, А.А. Поповым, И.И. Челноковым, М.А. Фришманом, Н.П. Петровым, М.В. Винокуровым, Г.М. Шахунянцем.

Большой вклад в развитие динамики подвижного состава внесли С.М. Андриевский, Е.П. Блохин, И.В. Бирюков, М.Ф. Вериго, С.В. Вершинский,

Л.О. Грачева, В.Н. Данилов, В.Д. Данович, О.П. Ершков, В.Н. Иванов, И.П. Исаев, Н.А. Ковалев, А.А. Камаев, В.А. Камаев, Л.А. Кальницкий, М.Л. Коротенко, А.Я. Коган, В.Н. Котуранов, Н.Н. Кудрявцев, С.М. Куценко, А.А. Львов, Л.А. Манашкин, В.Б. Медель, Е.Н. Никольский, Л.Н. Никольский, Н.А. Панькин, М.П. Пахомов, А.Н. Савоськин, М.М. Соколов, Т.А. Тибилов, В.Ф. Ушкалов, Л.А. Шадур, В.Д. Хусидов. Широко известны в нашей стране также работы таких зарубежных ученых как Рокард, Картер, Хейман, Кейн, Фромм, Бухли, Лабрийн, Мюллер, Кофман.

Помимо фундаментальных работ, выполненных во второй половине прошлого века, в последние десятилетия появилось множество работ, посвященных исследованию динамики грузовых вагонов с различными вариантами ходовых частей (тележка модели 18-100 модернизированная, тележка модели 18-578 и др.), различными схемами опирания кузова на ходовые части и т.д.

Исследованием динамики подвижного состава занимаются ученые научно-исследовательских институтов ВНИИЖТ, ВНИКТИ, университетов МИИТ, ПГУПС, БГТУ и др. Широко известны труды в области динамики нетягового подвижного состава профессоров МИИТ В.Д. Хусидова, В.Н. Котуранова, П.С. Анисимова, Г.И. Петрова, В.Н. Филиппова, С.В. Беспалько, Е.П. Королькова, А.Н. Савоськина, Е.В. Сердобинцева, ученых ВНИИЖТ В.М. Богданова, М.Ф. Вериго, В.Н. Данилова, А.Я. Когана, Ю.С. Ромена, Ю.М. Черкашина, В.О. Певзнера, ученых ВНИКТИ В.С. Коссова и др.

Цели и задачи. Целями настоящей работы являются:

1. Разработка упрощенных математических моделей, учитывающих некоторые важные параметры рельсовой колеи и вагона, и базирующихся на использовании квазистатического подхода с добавлением условий возможностей применения таким моделей.

2. Выбор параметров отдельных элементов ходовых частей и кузовов вагонов, перевозящих опасные грузы, способствующих выполнению требований по обеспечению безопасности движения.

3. Разработка конструктивных решений, направленных на улучшение динамических качеств вагонов с высоким положением центра тяжести, перевозящих опасные грузы.

Для достижения указанных целей поставлены и решены следующие задачи:

3. Определены важнейшие динамические параметры вагонов, перевозящих опасные грузы.

4. Проверена достоверность упрощенной методики исследования устойчивости вагона от схода с рельс.

5. Выбраны параметры, влияющие на безопасность движения вагонов, с использованием упрощенной методики.

6. Выполнен анализ конструкций ходовых частей грузовых вагонов и схем опирания кузова на тележку.

Научная новизна исследований заключается в следующем: разработана упрощенная математическая модель с переменной структурой для проведения экспресс-анализа различных аварийных ситуаций или определения влияния на динамические процессы некоторых параметров вагона и рельсовой колеи.

Теоретическая и практическая значимость работы:

7. Методика определения устойчивости вагона от схода с рельс может быть применена при расследованиях причин аварий и крушений поездов.

8. Результаты данной работы могут быть использованы при проектировании специального подвижного состава.

Методология и методы исследования. В настоящей диссертационной работе использованы эмпирические и общелогические методы исследования. Эмпирические методы представлены сравнением и описанием конструкций, а общелогические – анализом и обобщением материала.

Положения, выносимые на защиту:

1. Упрощенная методика определения устойчивости вагона от схода с рельс.

2. Разработанные мероприятия по обеспечению устойчивости

специального подвижного состава при характерных эксплуатационных режимах.

Степень достоверности: Обоснованность и достоверность результатов работы подтверждается материалами по сходам восьмиосных цистерн в кривых на Горьковской железной дороге в 1995 г. и Забайкальской железной дороге в 1988 1994 гг.

Апробация работы: основные результаты работы докладывались и
обсуждались на XIV международной научно-практической конференции
«Безопасность движения поездов» (МИИТ, 2013 г.); международной научно-
практической конференции «Конструкция, динамика и прочность
подвижного состава» (МИИТ, 2014 г.); XV научно-практической
конференции «Безопасность движения поездов» (МИИТ, 2014 г.); IV
международной научно-практической конференции «Современные
концепции научных исследований» (Москва, 2014 г.); XVI научно-
практической конференции «Безопасность движения поездов» (МИИТ, 2015
г.).

Публикации. Основные положения диссертационной работы и научные результаты опубликованы в 10 печатных работах. Две статьи опубликованы в журналах, входящих в Перечень изданий, рекомендованный ВАК России для публикации научных результатов диссертаций.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных результатов и выводов, списка литературы, состоящего из 133 наименований. Общий объем диссертации составляет 179 страниц машинописного текста, содержит 71 рисунок и 32 таблицы.

Выбор и обоснование выбранного метода исследования

Происходившая в течение последних 20 лет реорганизация на железнодорожном транспорте и в отрасли вагоностроения привела к существованию децентрализации в части обеспечения технической политики. Передача подвижного состава перевозочным компаниям привела к появлению противоречивых требований к подвижному составу, и в частности, появились «независимые» производители подвижного состава, не имеющие соответствующих технологических возможностей, и начавших производить подвижной состав, например, вагоны-цистерны для перевозки опасных грузов, используя не принадлежащую разработчикам документацию. Так, например, производством вагонов-цистерн начали заниматься Алтайвагонзавод, АО Первомайскхиммаш, завод металлоконструкций в г. Энгельс, Канашский вагоноремонтный завод, Рославльский вагоноремонтный завод, Могилевтрансвагон, ОАО «Волгцеммаш», ООО «Салаватнефтемаш», ПАО «Полтавхиммаш» и даже вагонное депо ВЧД Волноваха. Желание иметь «эффективные» вагоны-цистерны привело к необоснованному производству цистерн с диаметром котла 3200 мм без проведения необходимых испытаний.

Так например, для повышения эффективности цистерн для перевозки СУГ применение высокопрочных сталей позволит повысить эффективность за счет увеличения объема котла, но при этом целесообразно учитывать определенные ограничения по шагу сливо-наливных эстакад. В этой связи СГ-Транс совместно с рядом организаций, включая «TATRAVAGONKA POPRAD», при участии МИИТ были начаты исследования по выбору параметров цистерн для СУГ увеличенной до 18 м длины. При этом было установлено, что применение котлов с внутренним диаметром 3200 мм не позволяет обеспечить устойчивость в кривых малого радиуса.

Желание организовать движение скоростных поездов на участках, по которым одновременно движутся грузовые поезда, привело к заужению рельсовой колеи, появлению в нормативной документации на содержание рельсовой колеи некоторых параметров, не соответствующих реальным эксплуатационным режимам.

В конце 1980-х – начале 1990-х годов на Забайкальской железной дороге произошел ряд сходов восьмиосных цистерн в кривых участках пути. На этой же дороге наблюдался значительный износ рельсов и подрез гребней колесных пар вагонов. Восьмиосные цистерны имеют ряд особенностей, к которым относится высокое расположение центра тяжести. В условиях Забайкальской железной дороги восьмиосные цистерны обращались, в основном, в замкнутых маршрутах.

На Забайкальской железной дороге в конце 1980-х годов к пути предъявлялись два взаимоисключающих требования: обеспечить, с одной стороны, значительное сокращение времени хода скорых поездов, с другой – увеличение объема перевозок, достигаемое повышением масс поездов и введением повышенной загрузки четырехосных полувагонов (до 25,75 тс/ось) [82, С. 197]. Чтобы ускорить движение пассажирских поездов, требовалось изменить параметры пути (например, возвышение наружного рельса в кривых) в соответствии с ростом скорости. В то же время скорости грузовых поездов из-за наличия вагонов с повышенной загрузкой были резко ограничены [82, С. 197].

На Забайкальской железной дороге имеется большое количество кривых, трасса проходит по долинам вдоль рек. В то же время уклоны относительно невелики, что позволяет грузовым поездам развивать скорость до 70 – 80 км/ч, если нет дополнительных ограничений. Однако вводились ограничения скорости по состоянию пути, на перевалах скорость определялась тяговыми возможностями локомотивов и снижалась до 30 – 40 км/ч. Величина возвышения наружного рельса в кривых малого радиуса доходила до 130 мм. 8 работе [82, С. 198 – 199] приводятся материалы по сходам восьмиосных цистерн в кривых на Забайкальской железной дороге. Там же отмечено, что «во всех рассмотренных случаях сход происходил при низкой скорости движения». В трех случаях в разные годы наблюдались сходы на одних и тех же километрах. 9 мая 2013 года на станции Белая Калитва (Ростовская область) произошел сход локомотива и 51 вагона с последующим возгоранием 7 цистерн и детонацией 1 цистерны с газом (пропан). 5 февраля 2014 года на станции Поздино (Кировская область) с рельс сошли 32 цистерны с газом, 10 цистерн загорелось. По данным расследования сход произошел из-за нарушения геометрии колесной пары одного из вагонов. Существует мнение, что сход цистерн, имеющих внутренний диаметр котла 3200 мм и, соответственно, увеличенную высоту центра тяжести, произошел из-за потери устойчивости.

25 апреля 2015 года в поселке Ключи (Омская область) произошел сход с рельс локомотива и 26 вагонов-цистерн с нефтью, причем у трех цистерн произошла разгерметизация с розливом перевозимого груза. Проверка показала, что на месте схода состава из 18 шпал 4 были сгнившими, в некоторых участках расшиты костыли, а рельсовая нить имела перекосы. 10 июля 2015 года в г. Хабаровск произошел сход цистерн со сжиженным газом. 15 июля 2015 года на станции Шидерты (Казахстан) произошел сход трех цистерн со сжиженным газом. По предварительной информации, сход произошел из-за неисправности тележки одного из вагонов. Следует заметить, что помимо вагонов-цистерн, существует также специальный подвижной состав (СПС) для перевозки опасных грузов. Как правило, это вагоны с увеличенным положением центра тяжести. Подобные вагоны могут эксплуатироваться на различных полигонах, в том числе на полигонах с большим количеством кривых малого радиуса с большим возвышением наружного рельса. Так например, одним из вариантов специального подвижного состава является железнодорожный кран на рельсовом ходу. Для обеспечения его безопасной работы в некоторых случаях необходимо учитывать устойчивость его от опрокидывания при подъеме стрелы в рабочее положение, что приводит к существенному увеличению положения центра тяжести такого крана. Ранее при участии МИИТ проводились испытания железнодорожного крана «Сокол», обладающего короткой базой, несимметричной схемой загрузки двухосных тележек и повышенным до 2,7 м положением центра тяжести в нерабочем состоянии.

Особенности узла опирания кузова грузовых вагонов на ходовые части

Если скорость движения вагона равна нулю (остановка в кривой), горизонтальная составляющая центробежных сил Pц при определении боковой силы от набегающего колеса на рельс тоже равна нулю. Эта динамическая составляющая в математической модели приводит к обнулению горизонтальной составляющей продольных сил в поезде PТ и горизонтальной реакции на гребне колеса, преодолевающей момент сил трения в шкворневом узле при повороте тележки относительно вагона PТР. Следовательно, в случае остановки вагона формула (2.2.3) будет иметь вид:

Переход от формулы (2.2.3) к формуле (2.2.26) приводит к существенному увеличению значения коэффициента запаса устойчивости колеса от вкатывания на головку рельса. При большом возвышении наружного рельса вертикальная нагрузка от колес на рельсы перераспределится за счет большого поперечного смещения центра тяжести вагона, и на ненабегающее колесо будет действовать незначительная вертикальная нагрузка.

В момент начала движения (трогания с места), горизонтальная составляющая центробежных сил Pц будет крайне мала, и ею можно в расчетах пренебречь. Однако скорость движения будет иметь значение больше нуля, что в математической модели приводит к появлению горизонтальной составляющей продольных сил в поезде PТ и горизонтальной реакции на гребне колеса, преодолевающей момент сил трения в шкворневом узле при повороте тележки относительно вагона PТР. Причем, значение горизонтальной составляющей продольных сил в поезде PТ будет велико за счет действующей на вагон растягивающей нагрузки. В этом случае, формула (2.2.3) будет иметь вид: (2.2.27) Переход от формулы (2.2.26) к формуле (2.2.27) приводит к существенному увеличению боковой (горизонтальной) силы при незначительной величине вертикальной силы от колеса на рельс. В этом случае гребень ненабегающего колеса вкатывается на головку рельса, и происходит сход.

На основании приведенной выше методики по заданию Забайкальской железной дороги МИИТ были проведены расчеты устойчивости движения различных видов цистерн на конкретных участках и разработаны рекомендации по снижению возвышения наружного рельса в кривых до величины, определяемой по средневзвешенной скорости движения. Результаты исследований МИИТ рассматривались на НТС Забайкальской железной дороги и были приняты к реализации, после чего сходы цистерн прекратились. Проводимые в настоящее время работы по повышению скоростей движения на ряде направлений при эксплуатации на этих же путях грузовых поездов могут создать предпосылки для создания аварийных ситуаций в связи с увеличением при этом возвышения наружного рельса.

Проведенные ранее в МИИТ как теоретические, так и экспериментальные исследования наглядно свидетельствуют о том, что при выходе из кривой малого радиуса при наличии достаточно большого возвышения наружного рельса и при малых скоростях движения колесо, движущееся по наружному рельсу, обезгружено. В этом случае даже при незначительной силе трения между гребнем колеса и рельсом, направленной вверх, может произойти вкатывание колеса на рельс и, соответственно, сход наружу кривой.

Таким образом, при создании вагонов, перевозящих опасные грузы и имеющих увеличенную высоту центра тяжести, необходимо проведение тщательных как теоретических, так и экспериментальных исследований устойчивости таких вагонов при проходе кривых малого радиуса с большим возвышением наружного рельса не только при скоростях близких к равновесным, но и при малых скоростях движения. При этом также необходимо учитывать различные режимы тяги, при которых состав не только растягивается, но и сжимается. 2.3 Особенности узла опирания кузова грузовых вагонов на ходовые

Известно, что для грузовых вагонов характерна схема опирания пятник-подпятник с зазорами в скользунах, которая является для них типовой или классической. При такой схеме опирание кузова на ходовые части на стоянке или при движении по прямым участкам пути осуществляется через пятник и подпятник. При прохождении вагонов кривых кузов наклоняется внутрь кривой и опирается дополнительно на один из скользунов тележки.

На отечественных железных дорогах применяются плоские пятник и подпятник, а типовые скользуны тележек грузовых вагонов представляют собой приливы металла на надрессорной балке, на которые устанавливаются стальные сменные колпаки-скользуны.

На железных дорогах стран Европы типовой схемой опирания кузова на ходовые части является схема пятник-подпятник и скользуны постоянного контакта. При этом пятник и подпятник выполнены сферическими, а упругие скользуны обеспечивают необходимый возвращающий момент при наклоне кузова на сторону.

На железных дорогах США применяется схема опирания кузова пятник-подпятник с зазорами в скользунах. При этом наибольшее распространение на грузовых вагонах получили катковые скользуны (роликовые). Также на железных дорогах США существуют конструкции подпятников со встроенными подшипниками (рисунки 2.3.1 – 2.3.3), что способствует снижению момента сопротивления повороту тележки [2, С. 559].

По третьей расчетной модели

По третьей расчетной модели проведен расчет устойчивости восьмиосных крытых вагонов на четырех двухосных тележках с различным положением центра тяжести и различной загруженностью ходовых частей (симметричной и несимметричной). Характеристики объекта исследований представлены в таблице 3.3.1. Результаты расчетов представлены в таблицах 3.3.2 – 3.3.4.

В процессе расчета определялись горизонтальная сила, действующая на рельс от набегающего колеса, вертикальные силы, действующие от каждого колеса колесной пары на рельсы, и смещение центра тяжести вагона в зависимости от величины возвышения наружного рельса.

На рисунке 3.3.2 представлены графики зависимостей вертикальной нагрузки от ненабегающего колеса на рельс от возвышения наружного рельса, сделанные для сравнения результатов расчетов (таблицы 3.2.2 – 3.2.8 и таблицы 3.3.2 – 3.3.8). Сплошные линии обозначают вертикальную нагрузку от ненабегающего колеса на рельс для 8-осного вагона на двух четырехосных тележках, а штриховые линии - вертикальную нагрузку от ненабегающего колеса на рельс для 8-осного вагона на четырех двухосных тележках.

В процессе расчета изменялась жесткость рессорного комплекта с целью увеличения его статического прогиба. Расчеты показали, что увеличение статического прогиба рессорного комплекта практически не влияет на устойчивость вагона с большим центром тяжести от опрокидывания в кривой.

Из представленных выше результатов расчетов можно сделать вывод, что устойчивость от опрокидывания в кривой больше у 8-осного вагона на четырех двухосных тележках, чем у 8-осного вагона на двух четырехосных тележках. Следовательно, представляется разумным совершенствовать схему узла опирания кузова на ходовые части 8-осного вагона на четырех двухосных тележках.

Совершенствование конструкции шкворневого узла вагонов может осуществляться в нескольких направлениях. Первое направление нацелено на увеличение межремонтных пробегов ходовых частей, т.е. на снижение износов в данном узле. Реализовать его можно, используя сменные противоизносные элементы, такие как прокладка в подпятник, полукольца в подпятник, сменные колпаки скользунов. Другим способом снижения износов в узле пятник-подпятник является изменение их формы, т.е. переход на сферические пятник и подпятник, что реализовано на железных дорогах стран Европы. В данном случае полностью устраняется кромочное опирание пятника на подпятник. Однако следует отметить, что при этом существенно перераспределяются вертикальные нагрузки, действующие от кузова вагона на ходовые части.

Второе направление совершенствования конструкции шкворневого узла нацелено на улучшение динамических качеств вагонов. Реализовать его можно применением различных конструкций скользунов (см. раздел 2).

Третье направление нацелено на повышение уровня безопасности движения, т.е. на предотвращение сходов вагонов и аварийных ситуаций, вызванных сходом вагонов с рельс. Данное направление особенно актуально при перевозке опасных грузов. В настоящей главе особое внимание уделяется именно данному вопросу.

В разделе 2 настоящей диссертационной работы был рассмотрен процесс обезгрузки колес, движущихся по наружному рельсу кривой с большим возвышением. Для предотвращения опрокидывания кузова вагона внутрь кривой в данной ситуации различными заводами-изготовителями ходовых частей для грузовых вагонов принято одинаковое конструктивное решение – применение нежестких связей надрессорной балки тележки со шкворневой балкой вагона. Данное конструктивное решение представляет собой приливы на надрессорной балке тележек, в которые устанавливается валик (рисунок 4.1.1). На шкворневой балке рамы имеются похожие приваренные кронштейны, в которые также устанавливаются валики. Между валиками, расположенными на надрессорной и шкворневой балках проходит металлический трос (рисунок 4.1.2).

При большом наклоне кузова внутрь кривой нежесткие связи рамы вагона при помощи троса взаимодействуют с подобными связями на надрессорной балке тележки, в результате чего к кузову добавляется дополнительная масса, что позволяет избежать опрокидывания кузова внутрь кривой.

Подобные нежесткие связи имеются на тележках модели 18-194-1 (УВЗ), 18-9750 (НВЦ «Вагоны»), 18-4129 (ICG, г. Кременчуг) и др. Как видно из рисунка 4.2, при подобной компоновке происходит кромочное опирание пятника на подпятник. Следовательно, данная схема не способствует снижению износов в шкворневом узле.

На специальном подвижном составе (СПС) целесообразно применять автоматизированные балансировочные системы, которые при прохождении кривых с большим возвышением наружного рельса будут препятствовать наклону кузова. При остановке СПС в кривой подобные системы будут перераспределять вертикальную нагрузку от кузова на ходовые части и обеспечивать равномерность распределения вертикальной нагрузки.

В последнее время на отечественных железных дорогах повсеместно заметны случаи отсутствия обочины основой площадки насыпи (рисунки 4.1.3 – 4.1.6). Верхнее строение пути не соответствует требованиям инструкций [121; 122]. Данная ситуация приводит к тому, что специальный подвижной состав не имеет возможности опираться боковыми выносными опорами на площадку насыпи из-за отсутствия обочин. Единственным выходом из этой ситуации может быть опирание кузова специального подвижного состава на собственные ходовые части через боковые опоры.

Разработка конструктивных решений

Третий вариант балансировочной системы восьмиосного вагона на двух 4-осных тележках включает в себя двенадцать гидравлических упоров, размещающихся между соединительными балками и надрессорными балками двухосных тележек и между рамой вагона и соединительными балками (рисунок 4.2.3).

В процессе расчета определялись горизонтальная сила, действующая на рельс от набегающего колеса, вертикальные силы, действующие от каждого колеса колесной пары на рельсы, и смещение центра тяжести вагона в зависимости от величины возвышения наружного рельса.

В процессе расчета варьировалась высота центра тяжести вагона (от 5 м до 11 м). Были заложены исходные данные: радиус кривой (350 м), скорость движения (0 км/ч), продольная сила в поезде (0 тс), ширина рельсовой колеи в кривой (1520 мм), удельное давление ветра (0,01 т/м2), диаметр колес (950 мм), коэффициент трения на скользунах (0,25), зазоры в скользунах (0 мм).

При данном варианте балансировочной системы зазоры между скользунами и гидравлическими упорами на раме вагона и на соединительной балке отсутствуют. Кроме того, в цилиндрах гидравлических упоров жидкость находится под давлением, которое развивает на штоке поршня определенное усилие (имитация предварительного поджатия упругого элемента скользуна постоянного контакта). нагрузку от ненабегающего колеса на рельс для 8-осного вагона на двух четырехосных тележках с типовой схемой опирания, а штриховые линии -вертикальную нагрузку от ненабегающего колеса на рельс для 8-осного вагона с балансировочной системой, показанной на рисунке 4.2.3.

На рисунке 5.3.2 представлены графики зависимостей вертикальной нагрузки от ненабегающего колеса на рельс от возвышения наружного рельса, сделанные для сравнения результатов расчетов (таблицы 5.1.1 – 5.1.3; таблицы 5.2.1 – 5.2.3 и таблицы 5.3.1 – 5.3.3). Сплошные линии обозначают вертикальную нагрузку от ненабегающего колеса на рельс для 8-осного вагона на двух четырехосных тележках с балансировочной системой, показанной на рисунке 4.2.1, штриховые линии – вертикальную нагрузку от ненабегающего колеса на рельс для 8-осного вагона на двух четырехосных тележках с балансировочной системой, показанной на рисунке 4.2.2, пунктирные линии – вертикальную нагрузку от ненабегающего колеса на рельс для 8-осного вагона на двух четырехосных тележках с балансировочной системой, показанной на рисунке 4.2.3.

Сравнение зависимостей вертикальной нагрузки от ненабегающего колеса на рельс от возвышения наружного рельса Как видно из рисунка 5.3.2, наибольшая устойчивость объекта исследования от опрокидывания достигается с применением балансировочной системы, показанной на рисунке 4.2.3 (гидравлические упоры размещаются между рамой вагона и соединительной балкой и между соединительной балкой и надрессорными балками двухосных тележек; зазоры отсутствуют). Наименьшая устойчивость объекта исследования от опрокидывания достигается с применением балансировочной системы, показанной на рисунке (гидравлические упоры размещаются между соединительной балкой и надрессорными балками двухосных тележек; между скользунами рамы вагона и скользунами соединительной балки имеются зазоры). Вариант вагона с балансировочной системой, показанной на рисунке 4.2.1 (гидравлические упоры размещаются между рамой вагона и соединительной балкой, а между скользунами соединительной балки и скользунами надрессорных балок двухосных тележек имеются зазоры), показал большую устойчивость от опрокидывания по сравнению с вариантом, где на вагоне используется восемь гидравлических упоров.

Четвертый вариант балансировочной системы восьмиосного вагона на четырех двухосных тележках включает в себя восемь гидравлических упоров, размещающихся между рамой вагона и надрессорными балками двухосных тележек (рисунки 4.2.4 и 4.2.5).

В процессе расчета определялись горизонтальная сила, действующая на рельс от набегающего колеса, вертикальные силы, действующие от каждого колеса колесной пары на рельсы, и смещение центра тяжести вагона в зависимости от величины возвышения наружного рельса.

В процессе расчета варьировалась высота центра тяжести вагона (от 5 м до 11 м). Были заложены исходные данные: радиус кривой (350 м), скорость движения (0 км/ч), продольная сила в поезде (0 тс), ширина рельсовой колеи в кривой (1520 мм), удельное давление ветра (0,01 т/м2), диаметр колес (950 мм), коэффициент трения на скользунах (0,25), зазоры в скользунах (0 мм).

При данном варианте балансировочной системы зазоры между скользунами и гидравлическими упорами отсутствуют. Кроме того, в цилиндрах гидравлических упоров жидкость находится под давлением, которое развивает на штоке поршня определенное усилие (имитация предварительного поджатия упругого элемента скользуна постоянного контакта).