Skip to main content

Динамика частей вагона после потери устойчивости

Железнодорожный транспорт УкраиныКолесные пары после потери устойчивости движения непрерывно колеблются в пределах путевого зазора (поперек рельсовой колеи), поочередно натыкаясь гребнями то на левый, то на правый рельсы. При этом амплитуда автоколебаний может несколько изменяться в пределах непостоянства рельсового зазора, но затухания колебаний не наблюдается.

Из фрагмента записи динамических параметров, зарегистрированных при движении со скоростью 72 км/ч порожнего полувагона, — следует:

  • Первая часть опыта (0-20сек) соответствует движению в криволинейном участке пути. Здесь критическая скорость благодаря центробежным силам превышает фактическую. Движение устойчивое, поперечные перемещения колесной пары не превышают ± 0,04 м, а рамные усилия Нр ≤±2 тс. Колебательные процессы то возмущаются, то затухают.
  • По истечению 20 сек. опыта вагон выходит на прямую колею и фактическая скорость движения становится равной критической. Заметны качественные изменения динамики, характерные для потери устойчивости движения. Амплитуды поперечных перемещений колесной пары возрастают до 0,08 м, динамические рамные усилия — до Нар=±3 тс. Процессы приобретают  признаки автоколебаний.

Боковые рамы тележки подвергаются автоколебаниям виляния, поскольку динамические перемещения колесных пар возбуждаются преимущественно в противофазе. В инженерной литературе часто неустойчивое движение называют «интенсивным извилистым движением», «shimmy» (пер.— вибрация, колебание колеса; африканский танец), подчеркивая опасность этого состояния движения для экипажей. Иногда тележки, потерявшие устойчивость, называют „шальными”. Динамические поперечные усилия и ускорения деталей тележки увеличиваются в 2-3 раза. Плавность движения становится неудовлетворительной. Одновременно уменьшается запас устойчивости от вползания колеса из рельс.

Кузов вагона в свою очередь начинает вилять из-за противофазных динамических перемещений тележек. Частота автоколебаний составляет около 1,5 Гц, а амплитуда перемещений торцов — ~70 мм. Эти автоколебания несложно обнаружить визуально. Так, в поезде, который двигается по прямому участку колеи со скоростью, превышающей 70 км/ч, на фоне обычной картины устойчивого движения хорошо видно виляние кузовов отдельных порожних вагонов, которые из-за износов ободьев колес потеряли устойчивость движения. Именно эти вагоны  могут в дальнейшем стать виновниками аварийного происшествия

Таким образом, безопасная скорость движения поездов, в составе которых имеются вагоны на серийных тележках мод. 18-100, определяется не конструктивной скоростью Vк последних (которая относится к нормативным характеристикам нового вагона), а критической — vкр, которая непостоянна (зависит от перечисленных выше факторов). При скорости, превышающей критическую, вагон теряет устойчивость движения. Вследствие этого возмущаются автоколебания бокового относа колесных пар, виляния тележек и кузова. Происходит увеличение горизонтальных поперечных ускорений и рамных сил, что ухудшает запас устойчивости от схода с рельсов.