Сходы из-за всползания колеса на рельс

Всползание гребня колеса на головку рельса приводит к провалу другого колеса колесной пары внутрь колеи и неизбежному сходу с рельсов многих вагонов. Такие случаи, к сожалению не редки. Если колесная пара, движущаяся вдоль пути под действием продольной силы тяги, в каком то месте изменяет траекторию движения и направляется поперек пути, то необходимо исследовать, по меньшей мере, два вопроса. Какая сила заставила изменить траекторию движения и почему это произошло на этом участке пути?

Передние тележки вагонов при движении по кривым, а не редко и на пря мых участках пути, набегают на боковые грани рельсов. Угол набегания (рис. 3.18.а) до 0,01 рад, а в крутых кривых даже несколько больше. Место контакта гребня колеса с головкой рельса находится впереди от вертикального радиуса колеса на величину = r_k tg tg (т.н. забег или предварение касания) (рис. 3.18.б).

Если поперечная боковая сила давления гребня колеса на головку рельса велика, а вертикальная динамическая сила, действующая от колеса на головку рельса мала (например, вследствие разгрузки при колебаниях вагона), то гребень не будет скользить по головке рельса. Мгновенный центр вращения переместится из точки о в точку К, при дальнейшем движении гребень накатится на головку рельса и произойдет сход колеса.,тому способствует и увеличение коэффициента трения.

выражение для критического состояния получим из условия равновесия сил (рис. 3.18.в) = 0. Элементарными преобразованиями из него получим

;

Чтобы гребень соскальзывал по головки рельса вниз, т.е. колесо не всползало на головку рельса, необходимо соблюдать условие

k _у = = ;

где k _у - коэффициент запаса устойчивости колеса против всползания на

рельс.

Всползание колеса на головку рельса не является мгновенным процессом. Оно происходит в течение некоторого времени t_сх . Если в это время коэффициент запаса устойчивости k _у за счет колебаний кузова или неподрессоренных масс станет больше единицы. Тогда колесо соскальзнет вниз, процесс всползания его на головку рельса прервется и безопасность движения не нарушится.

В начале схода (всползания) колеса мгновенный центр вращения скачком перемещается из точки О в точку К на расстояние (см. рис.3.18. а, б). Точка контакта поверхности катания с головкой рельса получит перемещение с вертикальной скоростью V_Z = = (V/r) r _k tg tg .

Будем считать эту скорость постоянной им предположим, то колесо поднимется над головкой на высоту h_z, равную вертикальной проекции прямолинейной образующей рабочей части гребня h_z = h sin за время

t _{c х} = $

после чего оно получит свободу поперечного перемещения по головке рельса, т.е. процесс всползания колеса на головку рельса закончится. Путь схода составит

L_{сх =} t _{c х} V = h .

Например, при h = 0,013 м; r = 0,475 м; r _к = 0,485 м; V = 30 м/с; = 60 ⁰ ; tg = 0,01;

L_{сх =} ; t _{c х} = .

При точных расчетах время и путь схода будут несколько больше величин, полученных приближенным способом. За счет времени, дополнительно затрачиваемого на всползание колеса на рельс криволинейной частью поверхности гребня.

Таким образом, всползание колеса на головку рельса (сход колеса с рельса) зависит от величин сил взаимодействия колеса и рельса и геометрии колеса, а точнее - его гребня.

При испытании вагона обычно определяют динамические силы:

Р_Ш-1 и Р_Ш-2 - вертикальные силы, действующие на шейки оси;

Y_Р - рамную силу, действующую от гребня колеса на рабочую грань головки

рельса.

Для вагона с осевой нагрузкой 21 тс., весом колесной пары 1,8 тс, диаметром колеса 0,95 м, коэффициентом трения скольжения колеса по рельсу 0,25, угле наклона гребня = 60-65⁰ коэффициент запаса устойчивости

k _у = );

где k _ДВ - коэффициент динамики за счет вертикальных колебаний кузова

вагона;

k _у - коэффициент горизонтальной динамики за счет боковой качки

кузова.

Зависимость коэффициента k _у от коэффициентов динамики и рамной силы показана на рис. 111.19.

Схема действия сил на головку рельса от колеса в момент, предшествующий его всползанию на рельс, более подробно показана на рис..

Показан момент когда колесо незначительно приподнялось над рельсом и опирается на рабочую выкружку его головки в точке О соответствующей выкружкой гребня колеса. Этот гребень может подняться по плоскости С-С, наклоненной под углом к горизонту (у неизношенного гребня вагона. 60⁰, а у локомотива - 70⁰, Разложим вертикальную силу Р давления колеса на рельс и рамную силу Y_Р на их касательные Р₁ , Y₁ и нормальные Р₂ , Y₂ составляющие относительно плоскости С-С. Очевидно, что сила Y₁ будет стремиться поднять колесо по плоскости С-С, а сила Р₁ препятствует этому поднятию. Силы Р₂ и Y₂, прижимая гребень к рабочей грани головки рельса, также, в какой то степени, препятствуют поднятию колеса. Таким образом, отношение сил Р₁ / Y₁ характеризует уровень безопасности движения.

Следовательно вероятность всползания гребня колеса на головку рельса зависит главным образом от величин нагрузки на колесо (не на ось) поперечной рамной силы., а также их отношения.

Сопутствующими факторами, влияющими на всползание колеса, являются:

· Уголы наклона рабочей грани головки рельса и гребня колеса (степень и форма их износа).

· Коэффициент трения взаимодействующих поверхностей (с лубрикацией или без).

· Выкрашивание металла на боковой рабочей выкружке головки (дефект 11.1 или 11.2).

· Вертикальные или горизонтальные неровности рельса.

· План и профиль пути.

Поскольку вероятность всползания колеса на головку рельса зависит от отношения сил Р₁ / Y_1, то чем меньше нагрузка на колесо, тем вероятнее сход такого вагона. Анализ сходов за последние несколько лет показал, что сходы по причине всползания колеса на рельс чаще были у порожних вагонов.

Примеры сходов. На Северной железной дороге 24.02.2000 г произошла авария грузового поезда при скорости 75 км/ч вследствие схода с рельсов второй тележки 11-го вагона. После этого поезд проследовал 8 км и на входном стрелочном переводе ст Молочная произошел разворот тележки с последующим сходом еще 26 вагонов, один из которых вышел за габарит и столкнулся с локомотивом встречного поезда. Причиной крушения явились отступления от норм содержания у сошедшей колесной пары:

· На поверхности катания колеса имелась выщербина глубиной 5 мм на длине 48 мм с расслоением во внутрь металла, а также неравномерный прокат более 3 мм.

· разница диаметров колес одной колесной пары была 4 мм.

В процессе движения указанные неисправности вызвали повышенные колебания (голопирование) вагона. При прохождении стыка, имевшего просадку 16 мм и отклонение по ширине колеи 6 мм на 1 пог. м произошло обезгруживание правого по ходу колеса второй колесной пары второй тележки, всползание его на головку рельса и перекатывание через нее.

Когда неисправности вагона сталкиваются с неисправностями пути вероятность схода повышается.

На Свердловском отделении Свердловской железной дороги 5.05.2000 г. при входе грузового поезда в круговую кривую, предшествующую круговой криво с радиусом 645 м, со скоростью 59 км/ч произошло крушение вследствие схода с рельсов колесной пары девятой с головы поезда порожней цистерны. В сошедшем состоянии цистерна прошла 1300 м и при входе на станцию на стрелочном переводе произошел сход еще 20 вагонов. В результате 16 вагонов исключены из инвентаря, движение прервано на 23 часа.

Расследованием установлено, что из-за одностороннего износа пятника тележка вписывалась в переходную кривую с перекосом, т.е.с большим углом набегания гребня на наружный рельс. Когда тележка вошла в горизонтальную неровность пути (изменение ширины колеи с 1535 до 1529 мм на 1 п.м.) произошло перераспределение нагрузки на левый по ходу скользун и обезгруживание правого колес и оно всползло на головку рельса.. Этот пример показывает, что в результате сочетания двух неисправностей (вагона и пути) произошло резкое изменение соотношения сил Р₁ / Y₁ и в результате колесо порожней цистерны перекатилось через рельс. Но самым серьезным нарушением, на наш взгляд, было размещение цистерны в головной части поезда. В соответствии с п.15.32 порожние вагоны должны ставиться в последнюю треть поезда.

На Ртищевском отделении Юго-Восточной железной дороги 2.07.2000 г. произошло крушение грузового поезда вследствие схода с рельсов первой колесной пары 42-го порожнего вагона из-за перекатывания колеса через головку рельса. После чего сошли с рельсов еще 16 вагонов. В результате перерыв движения составил 80 часов для пассажирских поездов и 138 часов - для грузовых.

Причиной крушения является неудовлетворительное (перекосное) вписывание тележки вагона в рельсовую колею из-за чрезвычайно большого сопротивления в опорных частях ее повороту. А это явилось следствием грубейших нарушений требований «Руководства ЦВ-587 по деповскому ремонту грузовых вагонов». При расследовании обнаружены отклонения от норм содержания ходовых частей вагонов:

· Разница по базе у двух боковин составила 7 мм.

· Зазор между вертикальной поверхностью боковой рамы и корпусом буксы -был 22 мм.

· Наплавка пятника и подпятника произведена ручным способом без последующей обработки. Заклепки фрикционных планок выступали на 35 мм..

При перекосном движении тележки гребень правого колеса первой тележки вагона набегал на головку рельса под большим углом, поднялся на головку рельса и перекатился через него.

---

Дата добавления: 2015-08-03