Взаимодействие экипажа с рельсовым путем

значение максимальной силы тяги электроовоза будет определяться наименее нагруженной колесной парой, так как она начнет боксовать первой. При развитии боксования срабатывают защита и сила тяги резко уменьшается. Таким образом, сцепной вес тепловоза недоиспользован.

Отношение минимальной  нагрузки от колесной пары на рельсы к  расчетной нагрузке, которую находят  из условия равномерного распределения массы локомотива между всеми колесными парами электровоза, называют коэффициентом использования сцепного веса.

Для электровозов со смешанным расположением тяговых двигателей и с поднятыми до уровня рамы шкворнями коэффициент использования сцепного веса равен 0,8. Тяговые двигатели в тележке расположены друг за другом (гуськом) моторно-осевыми подшипниками в одну сторону. При этом усилия на зубья зубчатых колес у всех трех колесных пар тележек направлены в одну сторону. Это дало возможность повысить у этих электровозов расчетный коэффициент использования сцепного веса на 10—12 °/о, хотя фактически меньше (9— 8%). Чтобы полнее использовать сцепной вес локомотива, современные локомотивы выполняют с низкоопущенными шкворнями, точки передачи тяговых усилий у которых располагаются на уровне осей колесных пар (рис. 173). При такой конструкции шкворней у локомотива снижается момент, приводящий к разгрузке передней тележки и перегрузке задней.

Движение по кривым. Известно, что при входе в кривую и движении по ней на локомотив действует центробежная сила, вызываемая изменением направления вектора скорости. Эта сила зависит от массы локомотива, скорости и радиуса кривой

Действие центробежной силы создает боковое давление колес  на рельсы (в основном на наружный), а так как сила приложена к центру массы локомотива, находящемуся на некоторой высоте от головок рельсов, то она создает и опрокидывающий момент. Для снижения опрокидывающего момента и уменьшения бокового давления на наружный рельс его укладывают с некоторым возвышением h (не более 150 мм) против внутреннего (рис. 174) Благодаря этому появляется составляющая нагрузки от массы локомотива Си снижающая значение центробежной силы. Сила Ci = Gh/2S, где 2S — расстояние между кругами катания бандажей.

У тележечного экипажа, имеющего значительную длину, проходимость в кривой обеспечивается благодаря  повороту тележек относительно оси  кузова на некоторый угол. В рельсовой  колее тележка направляется гребнями колесных пар. Расположение тележек  в кривой без заклинивания оказывается  возмож-

Рис. 173. Схема передачи тягового усилия от рамы тележки к  раме тепловоза с помощью низкоопущенного шкворня:

Я? — усилие от трех колесных пар

ным благодаря зазору между рельсами и гребнями бандажей колесных пар. В прямых участках пути номинальное значение суммарного зазора 2а (при новых бандажах) равно 14 мм, а минимальное 2а = 7 мм. В кривых для увеличения зазора делают специальное уширение рельсовой колеи на величину Д рельсовой колеи. При радиусе кривой от 349 до 300 м Д=10 мм, при радиусе кривой 299 м и менее А =15 мм, причем уширение в кривой делается постепенно (не более 1 мм на 1 м кривой). Для обеспечения хороших условий вписывания локомотива в кривые перед ними имеются переходные кривые.

Несмотря на эти мероприятия вход локомотива в кривые и движение по ним сопряжены с большими усилиями, передаваемыми колесными парами на рельсы. Превышение этих усилий создает угрозу безопасности движения.

Центробежная сила Сдок через шкворневые устройства тележек передается колесным парам. Основная доля силы с-лок воспринимается наружным рельсом через первые по ходу локомотива колесные пары передней и задней тележек. Эти колесные пары называют направляющими, а реакции рельсов на эти колесные пары — направляющими усилиями. Благодаря этим усилиям тележки поворачиваются вокруг мгновенных центров поворота тележек (полюсов) £2. Центры поворота находятся у основания перпендикуляров, опущенных из центра кривой на базы тележек.

При небольших скоростях  движения, когда центробежная сила мала, тележки занимают так называемое положение наибольшего перекоса (НП), при этом первая колесная пара тележки прижата к наружному  рельсу, а задняя — к внутреннему. При увеличении скорости, а значит и центробежной силы эта передаваемая через шкворень сила повернет тележку вокруг точки контакта первой колесной пары с наружным рельсом и задняя колесная пара отойдет от внутреннего рельса. Положение тележки, при котором задняя колесная пара не прижата ни к внутреннему, ии к наружному рельсам, т. е. не передает боковые давления на рельсы, называют положением свободной/ установки (СУ). При достаточном центробежном усилии (при высокой скорости) тележка будет прижата к наружному рельсу как передним, так и задним колесами. Такое положение тележки называют установкой по хорде, или установкой высоких скоростей (ВС). Схематично на рис. 175 показаны все три возможные положения одной из тележек. Здесь тележка изображена в виде одной линии, а колесные пары точками /, 2, 3. Внешняя и внутренние дуги изображают колею зазоров в кривой (2а+А). Как видно из рис. 175, положение полюса поворота непрерывно меняется в зависимости от занимаемого тележкой положения. Средняя колесная пара имеет возможность перемещаться в осевом направлении, иначе была бы затруднена установка тележки в рельсовой колее. Осевой раз-

Рис. 174. Положение  экипажа при движении по кривой

Рис. 175. Последовательные положения базы Ь тележки с  колесными парами в рельсовой  колее (в колее зазоров) при увеличении скорости тепловоза

бег средней колесной пары обычно принимается равным ±14 мм.

Таким образом, движение тележек в кривой можно представить  как непрерывную сумму двух движении- поступательного (вдоль касательной к кривой) и вращательного (вокруг центров поворота 12). При повороте тележек вокруг центров й между бандажами колес и рельсами возникают силы трения.

Повороту тележек препятствуют силы трения в опорно-возвращающих устройствах, а также силы, которые обычно называют возвращающими (после выхода из кривых они возвращают тележки в первоначальное положение). Силы 1 рения и возвращающие силы создают моменты относительно шкворней, препятствующие повороту тележек.

Перечисленные выше силы и моменты уравновешиваются внешними силами, т. е. реакциями рельсов (направляющими  усилиями У|з). Нарушение этого равновесия неминуемо приводит к сходу локомотива с рельсов. Поэтому обязательно должны быть регламентированы допускаемые боковые усилия ни рельс1 и другие условия, обеспечивающие бе-

Рис. 177. Динамический паспорт локомотива для горизонтальной плоскости

1 Боковое усилие  У | меньше направляющего усилия  У> (реакции рельса) на силу трения  Р между бандажом и рельсом.

зопасное следование локомотива в кривой. Основными оценочными критериями при движении локомотива в кривой являются следующие величины: боковое усилие колес на внутреннюю грань головки рельсов, упругое отжатие рельсов под действием этого усилия и радиальное ускорение. Допускаемая величина бокового усилия находится из условия надежного не-всползания гребня набегающего колеса на рельс. Гребни бандажей, направляющие движение колес в рельсовой колее, имеют угол наклона по отношению к подошве рельса у = 70° (рис. 176, а). В точке контакта колеса с рельсом боковое усилие' Y- и нагрузка колеса на рельс П вызывают появление нормальной силы Лг. Сила трения в точке контакта, препятствующая скольжению колеса по наклонной плоскости вниз, равна Nfrp, где /Тр — коэффициент трения скольжения бандажа о рельс. Вертикальная составляющая этой силы равна Nf TVs\n\. Подъем колеса над головкой рельса облегчается тем, что при положительном угле набегания р. (когда гребень колеса в своем движении стремится пересечь головку рельса) точка .4 контакта гребня направляющего колеса с боковой гранью рельса находится несколько впереди (на размер а) точки Б контакта круга катания бандажа (двухточечный контакт) (рнс. 176,6). При этом колесо, прижимаемое боковым усилием к рельсу, будет стараться всползти на рельс наклонной поверхностью гребня за счет наличия сил трения. Безопасность движения будет надежно обеспечиваться только тогда, когда приподнявшийся гребень колеса имеет возможность соскальзывать вниз. Отношение Y /П обычно называют критерием безопасности. Это отношение не должно быть больше 0,8. Этот критерий не учитывает боковую упругость рельсов, которая коренным образом может изменить условия всползания. Как показывает практика, случаи схода колес с рельсов чаще бывают не от всползания, а от потери устойчивости рельсов и расшивки пути из-за значительных боковых усилий. В связи с этим более важным критерием безопасности при движении локомотива в кривой является упругое отжатие наружного рельса у. допускаемая величина которого для рельсов типа Р50 равна 6,5 мм, для Р65 - 6 мм и для Р75 — 5 мм. Превышение этих значений может привести к постепенному

Накоплению остаточных 01жягий, расшивке п«-ти и сходу экипажа с рельсов.

Рельсовая кривая имеет  различные неровности в плане, поэтому  движение локомотива в кривой имеет  динамический характер. Возникающие  динамические силы учитываются коэффициентом  горизонтальной динамичности. Его величина зависит от скорости движения локомотива, а также от наличия поперечной упругости у связи колесных пар  с рамой тележки. Применение упругих  упоров в буксах, а также буксовых поводков с резиновыми элементами снижает на 25—30 % динамические горизонтальные силы, а значит и упругое отжатие.

Рассмотренные выше критерии безопасности являются основополагающими  при определении допускаемой  скорости движения локомотива в кривой. Решая уравнения равновесия экипажа  в кривой, для которой необходимо установить допускаемую скорость, строят зависимость направляющих и боковых  усилий от скорости. Эти зависимости  обычно называют динамический паспортом  локомотива для горизонтальной плоскости (рис 177). Исходя из критерия безопасности (У =0,8/7) по допускаемой величине бокового усилия на рельс определяют допускаемую  скорость в кривой, и если величина упругого отжатия при найденном максимальном боковом усилии не превышает допускаемого, ю принятая скорость движения тепловоза в кривой считается установленной