Во время работы стрелки элементы стрелочной гарнитуры испытывают упругие деформации. Жесткость гарнитуры должна обеспечивать надежную работу стрелки. Применяемые гарнитуры удовлетворяют этому требованию при нормальном переводе стрелки, когда остряк, подходя к рамному рельсу, не встречает препятствий.
При закладке шаблона между остряком и рамным рельсом, попадании небольших посторонних предметов, снега или песка элементы гарнитуры смещаются под действием усилия на шибере. Такие деформации являются одной из существенных причин замыкания стрелки при недопустимом зазоре между остряком и рамным рельсом.
Можно выделить несколько причин недостаточной жесткости гарнитуры.
Для удобства монтажа элементы соединения тяг с шибером электропривода и остряком допускают некоторые, хотя и очень малые, перемещения проушин тяг или шарниров в вертикальном и горизонтальном направлениях, а также возможность их вращения относительно осей. Например, шарнир в соединении шибера с рабочей тягой имеет небольшую свободу вращения относительно горизонтального пальца, поскольку своей вертикальной стенкой он неплотно примыкает к шиберу. Пазы этого шарнира немного шире выступа шибера и проушины рабочей тяги, что допускает перемещения шарнира в продольной горизонтальной плоскости и перемещения проушины в вертикальной плоскости. Крепление рабочей тяги к ушку допускает ее вращение и т. д.
Отжатый остряк стрелки, под тяжестью собственного веса лежащий на подушках, может несколько перемещаться в вертикальной плоскости.
Изолирующие фибровые втулки, установленные на вертикальных болтах, которые крепят фундаментные угольники гарнитуры к рамным рельсам, подвергаются сжатию под действием боковых нагрузок, передающихся от колес подвижного состава через рамные рельсы. Поэтому упругий отжим рамных рельсов не вызывает адекватных перемещений фундаментных угольников.
Вибрация элементов гарнитуры во время движения поездов по стрелке приводит к износу осей и втулок в соединениях тяг, т. е. к появлению люфтов, допускающих небольшие горизонтальные перемещения тяг.
Допуски на изготовление осей и втулок в соединениях тяг при неблагоприятном их сочетании могут привести к появлению люфтов даже при монтаже стрелки.
Рабочая тяга имеет изгиб для обхода рамного рельса при соединении с ушком стрелочной тяги. Выступ, образующийся таким образом в прямолинейном тракте соединения шибера с остряком, значительно уменьшает жесткость этого соединения (примерно в 5 раз по сравнению с жесткостью прямолинейного соединения).
Перечисленные причины приводят к тому, что 40—45% Δш составляют упругие смещения элементов гарнитуры.
На практике важно знать: какие элементы гарнитуры смещаются в большей мере; каковы эти смещения и их направление; какое влияние оказывает усилие на шибере на смещение элементов гарнитуры.
Смещение элементов гарнитуры зависит прежде всего от того, между каким остряком и рамным рельсом заложен, шаблон. При закладке шаблона между дальним от электропривода остряком и рамным рельсом элементы гарнитуры подвержены сжатию. Усилие на шибере F и реакция рамного рельса R в районе изгиба рабочей тяги и ушка стрелочной тяги создают изгибающие моменты Μ1 и М2 (рис. 21, а), которые приводят к подъему шарнира за счет его поворота вокруг горизонтальной оси Q, сжатию и смещению рабочей тяги, подъему левого крыла стрелочной тяги вместе с отжатым остряком. Величина этих смещений зависит от значения δ, определяемого разностью общей толщины закладки Δш и первоначального зазора Δп, измеряемого при отжиме остряка ломиком, т. е. δ = Δш—Δп.
При δ = 4 мм точка А (рис. 21,б и в) в нижнем колене рабочей тяги смещается относительно начального положения (когда остряк прижат к рамному рельсу без закладки) вниз и влево в точку А' с координатами А' (2,4; —1,3) мм. Точка В нижнего конца ушка смещается при этом влево и вверх в точку В' с координатами В' (2,6; 0,8) мм.
Рис. 21. Механизм сжатия тяг при замыкании дальнего остряка:
а — направление возникающих нагрузок; б — характер изгиба тяг; в — смещения точек А и В в горизонтальном х и вертикальном у направлениях; точки А (х0, Уо) и В (Хо, Уо) соответствуют положению гарнитуры при отсутствии шаблона, точки А (Ха, Уа) и В (х4, У4) при закладке шаблона толщиной 4 мм
Рис. 22. Горизонтальные и вертикальные смещения элементов гарнитуры для различных типов стрелок при замыкании дальнего остряка:
1 — горизонтальное смещение рабочей тяги (нижнего колена); 2 — опускание рабочей тяги (нижнего колена); 3 — подъем шарнира; 4 — подъем ушка
Рис. 23. Горизонтальные (а) и вертикальные (б) смещения элементов гарнитуры для различных образцов тяг при замыкании дальнего остряка:
1, 2, 3, 4 — номера различных образцов тяг
На рис. 22 показаны зависимости горизонтальных и вертикальных смещений элементов гарнитуры Δl при замыкании дальнего остряка от значения δ для различных типов стрелок, а на рис. 23— для различных образцов рабочих тяг, менявшихся на стрелке типа Р43 с маркой крестовины 1/9. Образцы тяг имели некоторые отличия по длине и высоте колена.
Значение δ между дальним остряком и рамным рельсом распределяется в гарнитуре таким образом: 25% δ — за счет подъема левого крыла стрелочной тяги под действием изгибающего момента М2 (см. рис. 22); 15% б — за счет смещения рабочей тяги; 50% δ — за счет упругого сжатия рабочей тяги и подъема шарнира; 10% δ приходится на отжатие рамного рельса.
При закладке шаблона между ближним к электроприводу остряком и рамным рельсом элементы гарнитуры подвержены растяжению (рис. 24). Изгибающие моменты и М2 имеют противоположное направление, чем в случае замыкания дальнего остряка, что вызывает опускание шарнира, растяжение и смещение рабочей тяги, опускание правого крыла стрелочной тяги. Если отжатый остряк, лежа плотно на подушках, не допускает такого опускания, то возможен подъем прижатого остряка. Это, однако, не меняет направления поворота стрелочной тяги в вертикальной плоскости. 37
Рис. 24. Механизм растяжения тяг при замыкании ближнего остряка:
а — направление возникающих нагрузок; б — характер изгиба тяг; в — траектория смещения точек С и D при закладке шаблонов различной толщины
Рис. 25. Горизонтальные (а) и вертикальные (б) смещения гарнитуры при замыкании ближнего остряка:
1, 2,3,4 — номера различных образцов тяг
На рис. 25 для случая замыкания ближнего остряка показана зависимость горизонтальных и вертикальных смещений Δ1 от δ для различных образцов тяг. Таким образом, 45% δ связано с поворотом стрелочной тяги; 45% δ—с опусканием шарнира и растяжением рабочей тяги, а 10%, так же как и для ближнего остряка, вызвано отжатием рамного рельса.
Увеличение максимального усилия на шибере F, которое может развивать электропривод, ведет к тому, что стрелка замыкается при закладке шаблона большей толщины (рис. 26). Зависимость δ = f(F) при основных (рабочих) значениях F является линейной. Коэффициенты пропорциональности полученных зависимостей δ = KF приведены в табл. 7.
Рис. 26. Кривые зависимости δ=f(F) для различных типов стрелочного перевода при замыкании дальнего (а) и ближнего (б) остряков:
•-.- Р43; — Р50; — Р65; Р65 с гибкими остряками:
— Δ — Р75 ; X Р43
Из табл. 7 видно, что эти коэффициенты для стрелок различного типа неодинаковы. Средние значения коэффициентов пропорциональности дальнего остряка 0,65 мм/кН, а ближнего остряка—0,62 мм/кН. Среднее значение коэффициента пропорциональности дальнего остряка означает, что гарнитура, изготавливаемая для стрелок наиболее распространенных типов, передавая усилие от шибера на остряк около 6 кН, позволяет замкнуть стрелку при закладке шаблона, толщина которого на 3,8 мм больше зазора между остряком и рамным рельсом, измеренного без перевода стрелки.
Установлено также, что δ практически не зависит от типа электродвигателя (постоянного или переменного тока) (рис. 27). Коэффициенты пропорциональности зависимостей δ = KF для электродвигателей МСП и МСТ примерно одинаковы.
Для количественной оценки упругих деформаций тяг стрелочной гарнитуры определены максимальные напряжения, возникающие в тягах при движении поездов по стрелке и во время перевода стрелки с закладкой между остряком и рамным рельсом шаблонов различной толщины.
При движении поезда по стрелке на рабочую и стрелочную тяги действуют кратковременные сжимающие и растягивающие усилия. В случае движения по прямому пути, когда прижат ближний к электроприводу остряк, напряжения растяжения превышают напряжения сжатия. Для движения по боковому пути, когда прижат дальний остряк, наблюдается обратное соотношение: напряжения сжатия больше напряжений растяжения.
Это объясняется тем, что замыкание ближнего и дальнего остряков вызывает в тягах напряжения различного знака: при замыкании ближнего остряка тяги растягиваются, а при замыкании дальнего — сжимаются. Наибольшие напряжения возникают в нижнем колене рабочей тяги, их значение достигает 94 МПа при растяжении тяги и 75 МПа — при ее сжатии.
В середине нижней штанги рабочей тяги и в середине стрелочной тяги напряжения несколько меньше, чем в нижнем колене рабочей тяги (максимальное значение напряжения при растяжении 92 МПа, при сжатии 52 МПа).
Таблица 7
Наименьшие напряжения наблюдались в верхнем колене рабочей тяги: 42 МПа при растяжений тяги и 30 МПа — при сжатии тяги.
Возникающие напряжения зависят от силовых воздействий колес, которые тем больше, чем больше осевая нагрузка и скорость движения подвижных единиц.
ч Тяги стрелочной гарнитуры испытывают напряжения не только во время движения поезда по стрелке, но и при переводе стрелки, в том числе при закладке между остряком и рамным рельсом металлического шаблона. При перемещении остряков из одного положения в другое возникают напряжения переменного знака в верхнем и нижнем коленах и в середине нижней штанги рабочей тяги. В стрелочной тяге напряжения отсутствуют.
Когда остряки замыкаются, напряжения сохраняются в верхнем и нижнем коленах и исчезают в нижней штанге рабочей тяги.
В верхнем колене рабочей тяги растягивающее и сжимающее усилия вызывают напряжения, равные 10—20 МПа, в нижнем колене рабочей тяги—15—40 МПа, а в середине нижней штанги рабочей тяги—20—30 МПа. Конкретное значение напряжения зависит от наличия изгибов остряка. Если остряк имеет изгиб в горизонтальной плоскости, то он прижимается электроприводом за счет некоторого изгиба острия, что создает дополнительные напряжения в тягах.
Рис. 27. Кривые зависимости 6=f(F) для электродвигателей типов МСП-0,15 (а) и МСТ-0,3 (б):
----------- При замыкании шаблона; ------------------- при работе электропривода на фрикцию; 1, 2 — ближний и дальний остряки
При замыкании остряков, когда между ними и рамными рельсами заложен металлический шаблон, напряжения в тягах возрастают в 1,5 раза, если остряк не имеет изгибов, и примерно в 3 раза, если остряк изогнут в горизонтальной плоскости. При работе электродвигателя на фрикцию напряжения в тягах снижаются, причем они уменьшаются с увеличением толщины закладываемого шаблона.