ГЛАВА 2
УСТРОЙСТВО И ПАРАМЕТРЫ ХОДОВЫХ ЧАСТЕЙ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА И ПУТИ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ
Изучение процессов взаимодействия пути и подвижного состава, а также выполнение связанных с этим инженерных расчетов и исследований сводится к следующему: выбору соответствующей модели процесса или его расчетной схемы, определению метода исследования и нахождению метода решения той или иной конкретной задачи, определению исходных данных для расчетов или исследований, т. е. параметров всех элементов, входящих в модель или расчетную схему.
Для построения модели или расчетной схемы, а также для определения входящих в расчеты механических и геометрических параметров элементов необходимо иметь представление о взаимодействующих в динамических процессах устройствах и конструктивных особенностях пути и подвижного состава. Поэтому ниже приводятся сведения о конструкциях ходовых частей подвижного состава и пути, важные с точки зрения изучения процессов их взаимодействия.
Существует множество различных конструкций подвижного состава и верхнего строения железнодорожного пути, различающихся по принципиально конструктивным и размерным признакам. Описанию конструкций подвижного состава и верхнего строения пути посвящена обширная литература и ряд специальных трудов. В настоящей главе описаны лишь важнейшие принципиальные особенности устройства железнодорожного пути и ходовых частей подвижного состава, их характеристики и основные геометрические и механические параметры, определяющие динамические процессы их взаимодействия.
2.1. ОСНОВНЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ И ПАРАМЕТРЫ ХОДОВЫХ ЧАСТЕЙ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА
Наибольшее распространение получили экипажи, кузов которых опирается на отдельные тележки, т. е. их механическая часть состоит из кузова и ходовых частей. Под ходовыми частями понимают конструкцию, объединяющую рамы тележек (или раму экипажа в целом) и колесные пары с буксами. В дальнейшем основное внимание будет уделено тележечным экипажам. На этой же основе могут быть рассмотрены и экипажи, ходовые части которых объединены в одну раму (однорамный экипаж).
Кузов, рама экипажа или рама тележек и колесные пары соединяются специальными конструкциями — связями. В каждом экипаже существует два вида связей: связи между кузовом и рамами тележек и связи между рамами тележек и колесными парами. В некоторых типах (конструкциях) подвижного состава имеется и третий вид связи — связь между тележками.
Связи осуществляют передачу вертикальных, горизонтальных поперечных и горизонтальных продольных статических и динамических сил между кузовом и тележками, тележками и колесными парами и горизонтальных, а иногда и вертикальных сил между тележками.
Конструкции связей обеспечивают необходимые линейные и угловые перемещения одних элементов конструкции экипажа относительно других. Некоторые из связей могут иметь назначение свести к минимуму относительные взаимные перемещения элементов подвижного состава или не допустить какие-либо взаимные перемещения сопрягаемых элементов.
Связи могут быть жесткими или упругодеформируемыми.
Упругодеформируемые связи могут быть линейно деформируемыми, когда их деформация прямо пропорциональна действующему силовому фактору (силе или моменту), и нелинейными, когда зависимость между реализуемыми в связи перемещениями и действующими на нее силовыми факторами нелинейна. Некоторые нелинейные связи делаются такими, что при действии силового фактора, не превосходящего заданную величину Р0, деформации в связи не возникают, а при Р>Р0 имеет место упругая деформация, линейно или нелинейно зависящая от величины действующего силового фактора (так называемые связи с преднатягом).
В упругих связях, где возможно возникновение колебаний, нередко устанавливают специальные устройства — демпферы, в которых часть энергии колебаний расходуется на трение, превращается в тепло и рассеивается в пространство. Тем самым достигается ускорение гашения возникающих колебаний.
Массу ходовых частей подвижного состава, непосредственно, без упругих элементов, взаимодействующую с рельсами, отделенную от основной конструкции экипажа упругими связями, называют неподрессоренной массой; остальная часть (масса) экипажа называется обрессоренной.
При исследовании динамики того или иного экипажа рамы тележек и кузов чаще всего рассматривают как элементы, обладающие лишь определенной массой и моментами инерции относительно некоторых заданных в пространстве осей; при этом весьма редко эти элементы рассматриваются как конструкции, имеющие определенным образом распределенные в пространстве массы и жесткости. Поэтому конструктивные решения отдельных узлов кузова здесь подробно не рассматриваются.