Нагрузка, передаваемая от локомотива в виде давления колес на рельсы в статическом (неподвижном) состоянии, значительно увеличивается при движении локомотива. Воздействие локомотива на путь может достигнуть такой величины, что станет опасным для прочности рельсов, и, наоборот, настолько уменьшится, что приведет к разгрузке отдельных осей и сходу их с рельсов.
Действие локомотивов на путь слагается из вертикальных усилий и усилий, действующих в горизонтальной плоскости, появляющихся вследствие давления гребней колесных пар на головки рельсов на прямых и особенно на кривых участках пути.
Полная вертикальная нагрузка от колес локомотива на рельсы при его движении в основном слагается из постоянной (статической) нагрузки, переменной нагрузки вследствие деформации рессор от колебаний надрессорного строения локомотива и динамической нагрузки, возникающей при движении колеса по неровностям рельса или из-за неровностей бандажа колес.
Рассмотрим воздействие на путь составляющих вертикальной нагрузки.
Статическая нагрузка на рельсы (от неподвижно стоящего локомотива с учетом собственной массы колесной пары) оказывает влияние на выбор мощности верхнего строения пути. Чем она больше, тем более прочные и тяжелые рельсы должнві быть уложены в пути.
При движении статическая нагрузка несколько перераспределяется между осями локомотива благодаря действию силы тяги, приложенной к автосцепке, и создает опрокидывающий момент, разгружающий на некоторую величину передние оси локомотива и перегружающий на ту же величину задние оси. С увеличением скорости сила тяги становится меньше и, следовательно, снижается разница в нагрузках передних и задних осей локомотива.
Переменная нагрузка от колебаний надрессорного строения возникает главным образом от вертикальных сил, передающихся кузову локомотива через рессоры при проходе колесных пар по стыкам и другим неровностям пути.
Колебания надрессорного строения локомотива могут происходить не только от воздействия пути, но и под влиянием неуравновешенных сил и их моментов. К ним относятся собственные колебания надрессорного строения, получившего толчок и колеблющегося затем без воздействия на него каких-либо внешних сил, и вынужденные колебания, возникающие под влиянием периодически меняющейся силы, например при работе силовой установки локомотива. Эту силу принято называть возмущающей (при движении паровоза она достигает несколько тонн). У тепловоза возмущающая сила, вызывающая колебания кузова при работе дизеля, мала, что объясняется хорошей уравновешенностью его машин.
Различные виды колебаний надрессорного строения могут быть следствием ударов на стыках, пучин в пути, выбоин на колесных паpax, просадки нити рельсов, действия ветра, центробежной силы на кривых и др.
Колебания характеризуются частотой и амплитудой. При равенстве частот собственных и вынужденных колебаний наступает явление резонанса, характеризуемое резким возрастанием амплитуды. Это вызывает повышенный износ и поломку деталей локомотивов, расстройство пути и угрожает безопасности движения. С повышением скорости движения деформации рессор увеличиваются и становятся наибольшими в случае совпадения частоты колебаний локомотива (при периодически повторяющихся толчках от пути) с частотой какого-либо из видов колебаний надрессорного строения. Во избежание возникновения в этом случае резонанса колебаний находят и учитывают значение критической скорости движения. Динамические усилия на путь от деформации рессор принимают в размере 15—25% статической нагрузки.
Динамическая нагрузка на путь, возникающая при движении колеса по неровностям рельсов или вследствие неровностей на бандаже колеса, проявляется в виде величины инерционного давления, передаваемого колесом на рельс. В зависимости от глубины и длины неровности бандажей динамическая нагрузка доходит до 60% и более статической нагрузки на рельсы. Наличие на бандажах колес большого проката с резко очерченными краями или ползунов можег привести к поломке рельсов. Дополнительная переменная нагрузка от просадки пути, рельсовых стыков, наличия балластных корыт и других недостатков в содержании пути увеличивается со скоростью движения и при следовании локомотива с конструкционной скоростью может достигать 80—90% статической нагрузки на рельсы.
Колеса локомотива, помимо вертикальной нагрузки, передают на рельсы еще и горизонтальные усилия, а также воспринимают усилия, действующие на экипаж локомотива в горизонтальной плоскости, в особенности при движении по кривым участкам пути.
При движении по кривой на локомотив и путь действует также центробежная сила, которая возрастает с увеличением скорости движения, а на тележки локомотива, кроме того, действуют силы, которые передаются устройством, возвращающим тележки в исходное положение. Помимо давления гребня набегающего колеса, вызывающего боковой износ его и головки наружного рельса, на рельс действует также поперечная составляющая сила трения, приложенная в точке контакта бандажа с рельсом. Боковое давление, возникающее при этом, может вызвать в некоторых случаях сдвиг и опрокидывание рельсов. При чрезмерном боковом давлении гребень колеса может вползти на головку рельса. Чтобы этого не произошло, соотношение величины бокового давления и статической нагрузки должно обеспечивать соскальзывание колес вниз.
Суммарная нагрузка колес на рельс определяется при расчетах верхнего строения пути на прочность. При этом сложение отдельных составляющих сил и определение суммарной нагрузки, на которую ведется расчет пути, производятся по формулам теории вероятностей.
Расчет сводится к определению напряжения в рельсе при изгибе его соседними колесами. В этом случае рельс рассчитывается как балка, лежащая на упругом основании. Расчеты показывают, что вертикальная суммарная динамическая нагрузка на рельс может в 2—2,5 раза превысить статическую нагрузку.
Общую суммарную нагрузку, действующую на рельс при движении локомотива, вычисляют для нескольких значений скорости движения. Для этих значений определяют напряжения в элементах верхнего строения пути, затем сравнивают полученные величины напряжений с допустимыми и с учетом этого устанавливают предельную скорость движения поездов для данного участка пути и локомотивов принятой конструкции.
15072 просмотров