Упругое проскальзывание. Смещение волокон колеса и рельса при образовании контактного пятна

Меры принимаемые для снижения интенсивности извилистого движения подвижного состава.

Для снижения интенсивности извилистого движения подвижного состава (колебаний виляния) необходимо уменьшать его амплитуду (максимальная амплитуда траектории извилистого движения равна половине суммарного зазора между головками рельсов и гребнями) за счет уменьшения ширины колеи (износ гребня, колеи и увеличивается сопротивление движению).

Характеристики колебаний зависят только от начальных условий и не связаны с действующими силами и инерционными параметрами колесной пары. Данное условие выполняется при низких скоростях движения. С ростом скорости увеличивается угловая скорость ω, что ведет к росту инерционных сил и повышает вероятность проскальзывания колеса по рельсам. Режим качения без скольжения, при котором скорости точек контакта колеса и рельса одинаковы, возможен лишь при условии абсолютной твердости контактирующих тел. Если рассматривать колесную пару и рельс, то в месте контакта всегда возникают деформации, поскольку эти деформации малы, то некоторые характеристики движения под действием возмущений при учете деформаций могут быть близки к аналогичным без деформаций, то есть при небольших скоростях движения.

При передачи вертикальной силы от колеса на рельс возникает малая зона контакта с большим удельным давлением – контактное пятно.

Рисунок. Деформация колеса в зоне контакта при действии вертикальной силы на колесо в плоскости xz.

Рисунок.

Если к колесу не приложен вращающий момент или горизонтальная сила, то зона контакта (пятно) симметрична относительно оси z. Площадь контакта представляет собой эллипс. Объемная эпюра нормального давления на рельс представляет собой полуэлипсоид.

Рассмотри процессы происходящие при движении колеса под действием вращающего момента.

Рисунок

Касательные напряжения в контактном пятне ab приводят к удлинению (растяжению) рабочей поверхности колеса, вследствие чего точка a переместилась в положение a₁, её место заняла точка a₀. Под влиянием касательных деформаций в колесе волокно оа бывшее ранее прямолинейным принимает криволинейное очертание оа₁, под действием вращающего момента М точка на круге катания перешла из положения n₀ в положение n, колесо повернулось на угол α, причем геометрический центр колеса О не получил поступательного перемещения, поверхностные касательные напряжения определяются элементарными силами трения лежащими в плоскостях соответствующих контактных пятен. Эти силы суммируясь образуют силу сцепления, приложенную к контактному пятну колеса (направленную в сторону движения) и противоположно направленную ей силу, приложенную к рельсу. Зона контакта разделяется на две области:

Область А: сохраняется сцепление и происходят упругие деформации волокон, вызывающих образование силы сцепления (в режиме тяги материал бандажа сжимается, а рельса растягивается)

Область Б: происходит явление скольжения, то есть колеса катятся по волокнам рельса не вызывая сил трения (аналогично буксированию)

В следствие различий деформации колеса и рельса в зоне контакта путь, пройденный геометрическим центром колеса меньше пути подсчитанного по угловой скорости вращения колеса, предположением качений без скольжения называют псевдоскольжением или крипом.

В соответствии различают продольный и поперечный крип. Оворотный крип называется спин.

Дата добавления: 2014-01-04