17.3. Устойчивость вагонеток

Устойчивостью называют сопротивление вагонетки внешним воздействиям, стремящимся вызвать сход с рельсов. Различают три вида устойчивости: продольную, поперечную и против всползания колеса на рельс.

Потеря продольной устойчивости состоит в опрокидывании вокруг оси одной из колесных пар.

, (17,1)

где – момент восстанавливающих (удерживающих) сил относительно оси, вокруг которой возможно опрокидывание; – момент возмущающих (опрокидывающих) сил относительно той же оси.

К опасным случаям относятся остановка вагона за колеса на стопоре, движение по наклонным путям и односторонняя загрузка. Пусть вагон останавливается стопором (рис. 17.5, а). Опрокидывающий момент относительно О создает сила инерции Р, восстанавливающий момент – вес . Силу сопротивления движению можно не учитывать. Из (17.1)

, (17.2)

где – высота центра тяжести над уровнем головок рельсов, м; и – база вагона и диаметр колеса, м; – замедление, м/с².

Задавшись минимальным значением , можно найти из (17.2) допустимое замедление, по которому определить необходимую характеристику стопора при заданной скорости подхода, и наоборот. При движении на подъем (рис. 17.5, 6) опрокидывающий момент относительно точки О создают натяжение сцепки F и сила инерции , а восстанавливающий момент – вес . с ростом уменьшается, так как уменьшается плечо , поэтому существует предельный угол наклона по устойчивости. Для канатных откаток он составляет 30°. Третий случай (рис. 17.5, в) – одностороннее заполнение вагонетки рудой, а на угольной шахте – породой во время загрузки. Методом попыток устанавливают такое состояние загрузки, при котором момент возмущающей силы относительно О наибольший, и для этого случая проверяют устойчивость. Во всех трех случаях (рис. 17.5, а, б, в) продольная устойчивость повышается с увеличением базы.

Потеря поперечной устойчивости состоит в опрокидывании вокруг рельса (рис. 17.5, г). При движении по кривой действуют возмущающие силы: центробежная и от натяжения сцепок (или давления буферов), – при движении по прямой – от раскачивания вагонетки и от перекоса рельсов. Величина возмущающих сил не совсем определенна, поэтому принято оценивать устойчивость по углу поперечной устойчивости а между осью симметрии и прямой, проведенной через центр тяжести вагонетки и рабочий канат рельса.

(17.3)

Если считать, что возмущающая сила приложена в центре тяжести, то чем он ниже и чем шире колея, т. е. чем больше , тем устойчивее вагонетка. Обычно , однако в зарубежной практике встречается .

П

Рис. 17.5. К расчету устойчивости вагонеток

отеря устойчивости против всползания колеса на рельс состоит в том, что гребень колеса всползает на рельс (рис. 17.5, д). Коэффициент устойчивости против всползания колеса на рельс

, (17.4)

где – критическая осевая сила, т. е. сила, при которой колесо теряет устойчивость и начинает всползать на рельс; – действительная осевая сила.

В состоянии предельного равновесия на колесо (рис. 17.5, д) действует – осевая (критическая) сила, – нагрузка от веса, – нормальная реакция от рельса и – сила трения в точке К контакта гребня с рельсом. На рис. 17.5, е представлен многоугольник этих сил. Сила – равнодействующая сил и . Она составляет с угол – угол трения. Из

.

Так как , где – коэффициент трения, то

.

Подставляя найденное значение в (17,4), получим

. (17.5)

Сила на рис. 17.5, д направлена вверх потому, что колесо при сходе всегда несколько перекошено (рис. 17.5, ж), точка контакта К от вертикальной осевой плоскости несколько смещена вперед и поэтому при вращении колеса появляется сила трения F, направленная вверх. Потеря устойчивости против всползания колеса – главная причина схода с рельсов. Основной причиной снижения (17.5) является снижение . Например, если жестко закрепить оси к вагонетке, то при неровных путях одно колесо будет висеть в воздухе и для него , т. е. достаточно небольшой осевой силы, чтобы вызвать сход. Поддержание высокого значения достигают подрессориванием вагонов или применением балансирной подвески, при которой одну ось крепят к кузову наглухо, а другую шарнирно (рис. 17.5, а). При этом, несмотря на неровности путей, на все четыре колеса нагрузка распределяется равномерно. Для достижения подобного же эффекта при креплении осей кронштейнами последние имеют овальные отверстия (рис. 17.5, и). Повысить можно было бы в принципе увеличением угла , однако практически этот угол контролю не поддается, так как колеса при работе притираются (рис. 17.5, ж), приобретают некоторый угол самозаточки гребней, по которому и принимают нормативы при изготовлении колес. Устойчивость существенно повышается установкой контррельсов (пунктир на рис. 17.5, д), которые принимают на себя силу и препятствуют сходу. При сухих рельсах (большое ) устойчивость можно повысить смазкой рельсов, поскольку снижение увеличивает (17.5).