Глава V

УСТРОЙСТВО И СОДЕРЖАНИЕ РЕЛЬСОВОЙ КОЛЕИ

1. Взаимодействие пути и подвижного состава

От колес подвижного состава на путь передается сложное силовое воздействие, которое можно разложить на вертикальные и горизонтальные (поперечные и продольные) составляющие: вертикальное давление, вызыва­ющее осадку пути и изгиб рельсов; боковое давление, стремящееся сдвинуть путь в сторону, и продольные силы — причина угона (продольного смещения) рельсо-шпальной решетки.

Вертикальное давление на рельс — это нор­мальные (перпендикулярные к поверхности) си­лы, которые через колеса подвижного состава передаются на рельсы. Сила тяжести подвижно­го состава, приходящаяся на одну ось, когда он находится в неподвижном состоянии, называет­ся статической нагрузкой. Допускаемая величи­на ее нормирована: для локомотивов — 250 кН (25 тс) и для грузовых вагонов — 235 кН (23,5 тс). Статическая нагрузка неза­груженных вагонов примерно в 3 раза меньше. Нагрузка, передаваемая подвижным составом на рельсы при движении, называется дина­мической. Величина ее непостоянна. Она изме­няется во времени по величине и направлению под влиянием факторов случайного характера, различных неров­ностей на поверхности соприкасания колес с рельсами, упругой де­формации пути, рессор и других элементов ходовых частей, особого харак­тера движения жестко соединенных между собой осей подвижного состава по рельсовой колее, изменяющейся на протяжении пути траектории движе­ния подвижного состава.

Каждая единица подвижного состава состоит из неподрессоренной и под­рессоренной частей. К неподрессоренной части относят массу колесных пар, букс и примерно 2/3 массы рессор. Все остальное — подрессоренная часть. При движении обе эти части локомотивов и вагонов совершают колебатель­ные движения относительно пути и друг друга, что и вызывает изменения на­грузок на рельсы. В общем случае взаимодействие пути и подвижного состава определяется особенностями конструкций ходовых частей и рельсовой колеи, а также качеством технического содержания локомотивов, вагонов и пути. Динамическое давление на рельс может превышать статическую нагрузку в 1,5 — 2 раза, а если неровности на пути и на колесе совпадают, то в зависи­мости от скорости движения силы в местах контакта колеса и рельса в некото­рых случаях возрастают в 3—4 раза.

Переменные горизонтальные поперечные силы — это рамное давление (силы, действующие на кузов и передаваемые через раму на колесные пары) и боковое давление, вызываемое поворотом состава в кривых (вписывание подвижного состава в кривые). Рамные усилия достигают 60—70 кН (6—7 тс); боковые давления составляют 0,2—0,65 максимального значения вертикальных сил. Силы давления на рельсы от гребней колес в прямых участках, вызванные вилянием подвижного состава, могут достигать 30— 40 кН (3—4 тс). На рельсы передаются также и горизонтальные продольные воздействия (силы угона, торможения и продольные усилия от действия температуры). При конструировании верхнего строения пути и ходовых час­тей подвижного состава стремятся обеспечить наиболее благоприятное их взаимодействие.

Подвижной состав железнодорожного транспорта в отличие от других видов (автомобильного, водного, воздушного) не имеет рулевого управления. Траекторию его движения определяет рельсовая колея. Этим определяются и особенности ходовых частей: наличие реборд (гребней) у бандажей колес; глухая насадка колес на оси; параллельное расположение осей у безтеле-жечных экипажей и у тележек локомотивов и вагонов; коничность бандажей колес; возможность поворота тележек и отдельных осей. Постоянство рель­совой колеи требует и постоянства расстояния между колесами, для этого их запрессовывают так, чтобы они не могли ни смещаться на оси, ни пово­рачиваться относительно нее. Это называется глухой насадкой колес. Ось с насаженными на нее двумя колесами называют колесной парой.

Для направления движения по рельсам и предотвращения схода с них колеса имеют с внутренней стороны обода закраины, называемые гребнями или ребордами. Расстояние между внутренними гранями ободов колес назы­вается их насадкой. Ширина колесной пары К (рис. 108) складывается из насадки колес (1440±3 мм), двух толщин гребней (от 25 до 34 мм) и 2 мм (по 1 мм на колесо), учитывающих скос гребней с внутренней стороны у стальных вагонных и тендерных колес, который начинается на 10 мм выше уровня их соприкасания с рельсами. При расчетах принимают, что этот уровень находится ниже поверхности катания рельсов на 10 мм. Гребни колес не вплотную прилегают к боковым граням головок рельсов, а с некото­рым зазором б, который компенсирует допуски в насадке колес и ширине колеи, а также уменьшает сопротивление движению поезда и износ гребней и рельсов. При номинальных размерах колесной пары и рельсовой колеи б = 16 Ч- 18 мм, максимальная расчетная величина зазора может достигать 40 мм, минимальная — 9—11 мм. При излишних размерах зазора взаимо­действие пути и подвижного состава и условия комфортабельности езды ухуд­шаются (увеличиваются угол удара при косых набеганиях колес в прямых участках и при входе в кривые участки, виляние и качка экипажей).

Поверхность катания колес подвижного состава коническая с уклоном 1 : 20 (рис. 109), это обеспечивает более равномерный их износ и плавное движение. Колесо, выведенное из среднего положения на рельсе, стремится вернуться к нему. Особенно необходима коничность для прохода по стрелоч­ным переводам, где даже при небольшом прокате цилиндрические колеса испытывали бы резкие удары в крестовинах. Чтобы колеса равномерно опира­лись на рельсы, им также придают наклон в 1: 20 внутрь колеи, который называют под уклонкой рельсов.

Две-три оси объединяют жесткой рамой, не допускающей поворота их относительно друг друга. Параллельность колесных пар исключает воз­можность их перекоса в плане и провала внутрь колеи. Расстояние между крайними осями жесткой рамы называется жесткой базой, а между крайними осями единицы подвижного состава — полной колесной базой. Чем длиннее жесткая база локомотива или вагона (рис. 110), тем труднее она проходит по кривым участкам, особенно малых радиусов. Поворот тележек вокруг шкворня обеспечивает прохождение по кривым многоосных экипажей.