Исследование динамического воздействия колеса подвижного состава на рельс при движении по волнообразной неровности пути

 

Одной из главных причин динамических нагрузок, действующих в системе «колесо-рельс», является неровность железнодорожного пути. Существует большое многообразие неровностей рельсового пути, которые зависят от целого ряда факторов. По расположению по длине пути неровности могут быть систематические (например, от просадки стыков) и случайные (при случайном сочетании различных факторов); по положению плоскости, в которой они расположены- вертикальные и горизонтальные; по зависимости от величины силы давления колеса- геометрические (от неравномерного износа рельсов) и силовые (от неравномерности упругих характеристик пути по его длине). Неравномерности могут иметь плавные сочетания с радиусами кривизны, большими, чем радиус колеса; в этом случае процесс качения колеса будет непрерывным. При коротких, резко очерченных неровностях (рельсовые стыки, ползуны на бандажах) взаимодействия колеса и рельса будут носить ударный характер.

Приняты основные допущенния:

1) неровности имеют место одновременно на обеих рельсовых нитях;

2) поглощение энергии за счет внутреннего трения отсутствует;

3) форма и амплитуда колебаний рельса на всем протяжении неровности не изменяется;

4) колесо является идеально круглым.

На рис. 2.1 приведена расчетная схема движения колеса по упругому рельсу, имеющему волнообразную неровность.

Рис. 2.1. Схема движения колес по упругому рельсу, имеющему волнообразную неровность

- величина вертикального перемещения колеса при движении по неровности;

- глубина неровности.

При движении колеса по рельсу, имеющему плавную волнообразную неровность, произойдет просадка колеса (перемещение вниз по оси Y)на величину Y за счет самой неровности и упругой деформации рельсовой нити, возникающей от действия вертикальных сил веса тележки.

Рис. 2.2. Расчетная схема взаимодействия колеса с рельсом

 

1)Изобразим расчетную схему движения колеса по рельсовому пути подобно представленной на рис. 2.1 и 2.2.

В соответствии с условиями задачи и расчетной схемой, определим параметры, необходимые для вычисления .

2) Приведенный неподрессоренный вес колеса и части железнодорожного пути, участвующие в колебаниях

 

(2.1)

 

3) Круговые частоты собственных колебаний колеса на рельс и движения колеса по неровности рельсового пути

(2.2)

 

(2.3)

 

5) Время прохождения неровности пути

 

(2.4)

6) Динамический коэффициент влияния неровности на величину давления колеса на рельс

 

(2.5)

 

Интервал времени: t=0.01,0.02…t1

Экстремально значение динамического воздействия колеса на рельс составит

 

(2.6)

 

Задача. Определить характер и величину динамического воздействия колеса на рельс при движении вагона со скоростью по железнодорожному пути с вертикальной волнообразной неровностью, имеющей следующие параметры: длина l, глубина h. Число шпал на 1 км пути- 1440 штук, шпалы железобетонные, балласт-щебенка, рельс Р65, время года зима. Жесткость рельсового основания пути равна ж_р. Вес части пути, участвующей в колебаниях – q_р. Вес неподрессоренной части тележки, приходящийся на колесо - q.

При выполнении практической работы необходимо:

1. Рассчитать и построить графические зависимость динамического коэффициента К_дин от времени движения по неровности пути;

2. Проанализировать характер изменения динамического коэффициента К_дин и инерционного динамического давления колеса Р_нп от времени движения по неровности пути;

3. Определить факторы, способствующие снижению инерционного динамического давления колеса на рельс Р_нп.

Таблица 2.1 – Исходные данные

Параметры	Номер варианта
Скорость движения , км/ч
Длина l, м		1,5			1,8	1,6	1,8		2,1	1,6
Глубина h, 10-3 м
Жесткость рельсового основания пути , Н/м
Вес части пути, участвующей в колебаниях qр, кН		6,5		7,5		5,5		6,5		6,5
Вес неподрессоренной части тележки, приходящийся на колесо q, кН

 

Вопросы на защиту:

1. Основные элементы железнодорожного пути (рельсы – шпалы – промежуточные скрепления (объединяют рельсы со шпалами в единую конструкцию) - балластный слой – земляное полотно).

2. Особенности устройства пути на кривых участках.

3. Оценка фактического состояния пути (Ширина колеи, отвод ширины колеи, подуклонка).

4. Неровности рельсового пути.

5. Расчетные динамические характеристики верхнего строения пути.

 

Практическая работа 3