Skip to main content

Устойчивость движения и критическая скорость грузовых вагонов

Posted in

Железнодорожный транспорт УкраиныНеобходимость ограничения скорости вагонов на тележках модели 18-100 связана с потерей устойчивости движения — переходом в такое его состояние, когда динамические поперечные колебания виляния частей вагона перестают затухать, приобретая устойчивый характер (автоколебания). При этом качество хода становится неудовлетворительным, возникает угроза схода с рельсов.

Теоретические основы устойчивости движения физических объектов заложил известный математик А.Г.Ляпунов в начале ХХ века. Его теория устойчивости стала основанием для многих важных разработок в математике, механике, технике. Суть устойчивости движения при постоянно действующих возмущениях состоит в том, что объект от действия поперечного возмущения начинает колебаться относительно своей основной траектории, но его поперечные колебания затухают без изменения направления движения.. Если же движение неустойчивое, то объект входит в режим незатухающих автоколебаний и может изменить траекторию движения на непредвиденную.

Относительно железнодорожного подвижного состава теорию устойчивости движения по Ляпунову исследовали В.А.Лазарян, Ю.В.Демин, М.Л.Коротенко и др. Оказалось, что ни один экипаж не отвечает условиям асимптотической устойчивости. Движение вагона устойчивое, если его скорость ниже определенной величины. После ее превышения движение становится неустойчивым и остается таким, пока скорость не уменьшится.

Критическая скорость — это та скорость, после достижения которой (или превышение) движение вагона становится неустойчивым, т.е. при критической скорости наступает потеря устойчивости движения по Ляпунову.

Критическая скорость постоянно изменяется в процессе эксплуатации. Для вновь построенного вагона она выше «конструктивной» (120 км/ч), а после пробега 20-30 тыс км становится ниже ее на 30÷45% в зависимости от таких основных факторов:

  1. Износа ходовых частей, в первую очередь — ободьев колес. Если отсутствуют специальные устройства для демпферования виляния, то начальная критическая скорость нового вагона (120+10% км/ч) уже после эксплуатационного пробега 20-30 тыс.км уменьшается при порожнем состоянии почти в полтора раза. Сразу после переточки колес, когда профиль катания восстанавливается, критическая скорость снова увеличивается.
  2. Массы вагона — критическая скорость порожняка ниже, чем загруженных вагонов.
  3. Плана пути — при прохождении криволинейных участков критическая скорость выше сравнительно со значением на прямых.