При русі екіпажу в кривій з'являється відцентрова сила, яка створює додатковий тиск коліс на зовнішню рейкову нитку. Тому рейки зовнішньої нитки зношуються швидше, виникає відбій рейок або збільшується напруга в них, з'являється непогашене відцентрове прискорення, при великих значеннях якого пасажири відчувають неприємне відчуття.
Як відомо, відцентрова сила I визначається за формулою
де m - маса екіпажу;
υ - швидкість руху екіпажу;
G - сила тиску екіпажу;
q - прискорення сили тяжіння;
R - радіус кривої.
До горизонтальних силам слід віднести і силу вітру, яку можна визначити за формулою
де Wв - тиск вітру;
υв - швидкість вітру;
k - коефіцієнт, що залежить від форм поверхонь, що сприймають тиск, який для суцільних поверхонь (вагонів) дорівнює 0,085-1,25, а для ґратчастих - 0,078.
Щоб знизити бічний тиск на рейки зовнішньої нитки і уникнути їх відбою, зменшити їх перевантаження, домогтися рівномірності зносу рейок обох ниток і позбавити пасажирів від неприємних впливів, виробляють піднесення наружних рейок. тобто зовнішні рейки в кривих підносять над внутрішніми.
Визначення підвищення зовнішньої рейки з умови забезпечення рівномірності і вертикального зносу рейок обох ниток кривої
Уявімо становище екіпажу в кривій радіусом R. має підвищення зовнішньої рейки h (рис. 1).
Мал. 1 - Положення екіпажу в кривій з піднесенням зовнішньої рейки
Ен - вертикальна реакція зовнішньої рейки;
Єв - то ж внутрішнього рейки;
α - відстань від поверхні катання рейок до центра ваги екіпажу масою G.
Щоб рейки обох ниток зношувалися рівномірно, необхідно вибрати таке піднесення h. при якому дотримувалося б наступне рівність:
Згідно з умовою (3) логічно прийняти
За малості кута α приймемо cos α = 1, а sin α = h / S1 (де S1 - відстань між осями рейок).
або, маючи на увазі дії на шлях в кривій багатьох екіпажів - поїздів і умови (3), приймемо G = ΣNi Pi. Тоді отримаємо:
Підставивши у вираз (5) S1 = 1,6 м, g = 9,81 м / с 2 і ввівши перекладні коефіцієнти, для того щоб підставити υ в км / год, R в м, Р в т, отримаємо h. мм
де N1. N2. N3. ..., Ni - число поїздів певного роду, наприклад пасажирських, вантажних, приміських, що проходять в добу по даній кривій радіуса R;
υ 1. υ 2. υ 3. ..., υ i - швидкості руху зазначених поїздів, що проходять по даній кривій, км / год.
За дослідженнями ВНИИЖТа і Г. М. Шахунянца, до величини підвищення зовнішньої рейки, що визначається за формулою (6), необхідно плюсовать добавку Δh. тобто
За дослідженнями професора Г. М. Шахунянца можна орієнтовно приймати для вантажного руху Δhгр = 4 мм, для пасажирського Δhп = 21 мм, для змішаного
Для ліній з переважним пасажирським рухом ВНИИЖТ пропонує приймати Δhп = 30 мм, з переважним вантажним рухом Δhгр = 20 мм, в інших випадках Δh = 25 мм.
Визначення підвищення зовнішньої рейки за умовами комфортабельності їзди пасажирів
Великі величини непогашених горизонтальних прискорень викликають неприємні відчуття у пасажирів. У зв'язку з ростом швидкостей руху поїздів набуває особливої важливості прийняття допускаються величин непогашених горизонтальних прискорень αн. забезпечують маловідчутних, комфортабельну їзду.
Експериментальними дослідженнями В. С. Шаройко і А. Н. Курошвілі встановлено, що тривале і повторне вплив непогашеного відцентрового прискорення величиною до 0,8 м / с 2 включно більшість людей переносить задовільно. Непогашене відцентрове прискорення, рівне 1 м / с 2. переноситься задовільно при немногократних і нетривалих впливах.
На підставі вищевказаних досліджень і робіт ВНИИЖТа прийнята як усереднена норма непогашеного горизонтального прискорення αдоп = 0,7 м / с 2.
При h = 0 відцентрова сила I = m υ 2 / R = ma не компенсується повністю, і непогашене прискорення υ 2 / R шкідливо впливає на людину. При h ≠ 0 з'являється доцентрова сила Н = G sin α = Gh / S1 = mh / S1. де прискорення буде gh / S1. При цьому прискорення, яке сила I -H повідомляє масі людини, буде різницею відцентрового υ 2 / R і доцентровий gh / S1 прискорень і являє непогашене горизонтальне прискорення, тобто
яке існує практично завжди. Отже, треба обмежувати αн за умовами забезпечення пасажирам комфортабельності їзди, тобто приймати αдоп.
При υmax. коли виникає непогашене відцентрове прискорення при недостатньому розмірі h. вираз (9) можна написати так:
Беручи S1 = 1,6 м, q = 9,81 м / с 2 і висловлюючи h в мм, αдоп в м / с 2 і υ в км / год, отримаємо:
За остаточне значення h слід приймати найбільше з двох, які визначаються за формулами (6) і (10). На залізницях прийнято максимальне підвищення зовнішньої рейки 150 мм, але в окремих випадках допускається і більше.
Максимальні значення h на дорогах деяких інших країн такі: в США і Великобританії - 152, у Франції - 160 і 180, в Японії на лінії Сінкансен - 200, в НДР, ФРН, Болгарії, Румунії та Югославії - 120, в Польщі - 130, в Угорщині - 110 мм. За кордоном підвищення зовнішньої рейки над внутрішнім в принципі визначається на основі тих самих вихідних положень, які тут розглянуті.