Ширина рельсовой колеи в кривых определяется из условия вписывания тележек подвижного состава в кривые соответствующего радиуса. Вписыванием подвижного состава в кривую называется установившееся положение колесных пар жесткой базы относительно рабочих граней рельсовых нитей. Длиной жесткой базы называется расстояние между крайними осями тележки остающимися при движении взаимно параллельными.
Точкой С обозначен центр вращения тележки. При свободном вписывании он находится на задней оси и внутреннее колесо этой оси своим гребнем касается внутренней нити кривой, не взаимодействуя с ней.
Оптимальную ширину колеи в этом случае определяем по формуле:
Sопт =qmax+fн+4 мм–∑η ≤ Smax, (2.1)
где qmax-максимальная ширина колёсной пары; (qmax=1509мм)
fн – стрела изгиба наружной рельсовой нити на длине, равной длине двух жёстких баз – это расстояние между двумя крайними осями;
∑η – сумма поперечных разбегов осей, мм; ∑η = 0,5 мм;
4 – допуск на сужение рельсовой колеи;
Smax – максимальная ширина рельсовой колеи в кривых, 1535 мм;
Определение оптимальной ширины колеи
Рисунок 2.1. - Схема свободного вписывания двухосной тележки в кривую с поперечными разбегами осей
Максимальная ширина колесной пары определяется по формуле:
qmax= Tmax+2*μ+2*hmax, (2.2)
где T – насадка колес, мм; согласно ПТЭ для локомотивов и вагонов, обращающихся со скоростью до 120км/ч, T=(1400±3) мм, а для поездов со скоростью от 121 до 140км/ч Т=1440-2+3мм; (Приложение В)
h – толщина гребня, мм; согласно ПТЭ hmax=33 мм;
μ – утолщение гребня выше расчетной плоскости, равное для локомотивных колес нулю.
qmax= 1403+2*0+2*33 = 1509 мм
Стрела изгиба наружной рельсовой нити
fн = (λ+bн)2/2R, (2.3)
где R – радиус кривой, мм;
λ – расстояние от центра вращения экипажа до геометрической оси первого колеса, мм; λ = L0 = 3000 мм;
L0 – длина жесткой базы, (L = 300 см); (Приложение В)
bн – расстояние от геометрической оси первой колесной пары до точки касания гребня колеса с наружным рельсом, мм. (забег колеса);
Находим расстояние от геометрической оси первой колесной пары до точки касания гребня колеса с рельсом по формуле:
bн=λ*(r+t)*tg τ/(R+(S0/2)–(r+t)*tg τ), (2.4)
где r–радиус катания колеса, rк = 62,5 (см);
t – расстояние от поверхности среднего круга катания головки рельса до точки прижатия гребня к рельсу, принимаемое равным 10мм;
τ – угол наклона внутренней образующей гребня к горизонту, принимаемое равным для локомотива 70˚, tg 70˚=2,747477
Определяем величины bн и fн:
bн = 3000*(625+10)*2,747/((600000 + (1520/2) – (625+10)*2,747477)) = 8,7 мм
fн = (3000+8,77)2/(2*600000) = 7,5 мм
Найдем требуемую оптимальную ширину колеи:
Sопт = 1509 + 7,5 + 4 -1,0 = 1519,5 мм < Smax = 1535 мм
Таким образом, требуемая ширина колеи в кривой R=600 м, полученная расчетом для пропуска данного экипажа, примерно такая же, какая должна применятся по ПТЭ - 1520 мм.
Ширина колеи заклиненного вписывания для двухосной тележки
Учитывая, что заклиненное вписывание не допускается, к полученной по этой схеме ширине Sз прибавляют величину зазора δmin/2 между боковой рабочей гранью рельса и гребнем колеса.