Aspecte Privind Siguranta Circulatiei La Vehicule Feroviare de Calatori

7/27/2019 Aspecte Privind Siguranta Circulatiei La Vehicule Feroviare de Calatori

1/17

Aspecte privind sigurana circulaiei la vehicule feroviare de cltori

Autori: Dinu DRGAN1

,Gheorghe POPA2,Mircea Cristian ARNUTU3,Mihai tefan SEBEAN4,

1 Director General, Autoritatea Feroviar Romn - AFER2 Director General Adj., Autoritatea Feroviar Romn - AFER

3 Director, AFER - Organismul Notificat Feroviar Romn4 ef Serviciu, AFER - ONFR, Serviciul nmatriculare i Gestionare Registre

1. Consideraii generaleVehiculele de cale ferat se caracterizeaz prin faptul c se deplaseaz prin

intermediul roilor pe cele douine i se autoghideaz prin forele de contact dintre

roi i ine. Astfel, roile, pe lng cele trei funcii obinuite pe care le au i pentru

alte mijloace de transport terestre, adic sprijinirea pe vertical a vehiculului, rularea

i propulsia, respectiv frnarea, la vehiculele de cale ferat au o funciune n plus

specific acestora i anume aceea de autoghidare n interiorul celor dou fire ale cii.

Roile fiind metalice, ca i inele, ofer vehiculului aptitudinea de a suporta

sarcini mult mai mari dect alte sisteme de transport terestre. Aceast aptitudine,

asociat cu aceea a autoghidrii, genereaz posibilitatea formrii convoaielor de

vehicule (trenurilor) de mare tonaj, ceea ce confer sistemului roat-in avantajul

unei mari capaciti de transport.

Rezistena specific redus la naintare datorit rostogolirii roilor pe ine

determini un consum de energie pe tona transportat incomparabil mai mic dect

la toate celelalte mijloace de transport terestre. Totodat, aptitudinea de

autoghidare ofer vehiculelor de cale ferat posibilitatea de a circula cu vitezele

cerute de exploatare ntr-o siguran deplini independent de starea atmosferic.

Datorit acestor caracteristici tehnice, cu importantele avantaje economice ale

sistemului roat-in, calea ferat s-a dezvoltat continuu de la apariia sa, ajungnd

astfel s constituie, n majoritatea rilor, principalul mijloc de transport terestru.

Tendina general care caracterizeaz evoluia transportului feroviar n aranoastr este creterea vitezei de circulaie, a tonajelor trenurilor i a intensitii


2/17

circulaiei. Aceast evoluie necesit n viitor modificarea infrastructurii respectiv

modernizarea echipamentelor i a sistemelor de reglare a circulaiei.

Rennoirea parcului vagoanelor de cltori se face difereniat pentru

transporturile de lung parcurs, pentru cele locale i pentru cele suburbane. Lamodernizarea vagoanelor de cltori trebuie avute n vedere sporirea vitezelor de

circulaie (n ara noastr ntr-o perspectiv apropiat, pn la 160 km/h pe cea mai

mare parte a linilor i pn la 200 km/h pe unele linii), mbuntirea condiiilor de

confort (prin mbuntirea performanelor dinamice verticale i transversale, o mai

bun insonorizare i climatizare interioar) i reducerea tarei vagoanelor.

Noul record mondial de vitez a fost stabilit de TGV-ul francez, atingnd

valoarea de 547,8 km/h, pe linii convenionale, stabilit n 3 aprilie 2007. Tot nFrana exist o vast reea de linii pe care circul TGV-uri, cu viteze comerciale de

circa 300 km/h.

Tendina de sporire a vitezei trenurilor de cltori care circul ntre marile orae

nu contravine principiilor generale de economisire a energiei ci, din contr, se nscrie

n aceste preocupri prin atragerea de ctre cile ferate a cltorilor din transportul

aerian i auto.

Modernizarea vehiculelor de traciune urmrete att realizarea unorperformane de traciune ridicate, n corelaie cu creterea puterii instalate i

sporirea vitezelor maxime de circulaie, ct i mbuntirea comportrii dinamice a

acestora, ndeosebi n scopul asigurrii unei sigurane sporite contra deraierii, a

reducerii forelor dinamice de interaciune cu calea de rulare i a uzurilor la roi i

ine.

n ceea ce privete vagoanele de cltori se urmrete n primul rnd realizarea

unui confort sporit fa de orice alt mijloc de transport terestru. Eficacitatea acestor

vehicule n exploatare se caracterizeaz prin raportul dintre tara vagonului i

numrul de locuri pentru cltori. Valoarea acestui raport este influenat de gradul

de confort al vagonului. De asemenea, trebuie s se in seama i de rezistena

aerodinamic care mrete fora de traciune necesar, deci consumul energetic.

O dat cu dezvoltarea tehnicii moderne feroviare s-au evideniat tot mai mult

cele dou condiii fundamentale pe care trebuie s le ndeplineasc orice vehicul i


3/17

anume asigurarea siguranei contra deraierii i realizarea unui confort sporit

cltorilor.

n timpul circulaiei vehiculului, la contactul roat-in, apar fore dinamice,

generate de denivelrile i discontinuitile inei. Aceste fore cresc proporional cuacceleraiile maselor n micare, limitnd astfel viteza maxim de circulaie a

vehiculului. Pentru micorarea forelor dinamice de interaciune cu calea este

necesar o mas nesuspendat ct mai mic, o suspensie a vehiculului adaptat la

viteza de mers si o sarcin pe osie ct mai redus.

Astzi realizarea de vehicule cu performane de vitez de peste 500 km/h, n

condiii de siguran deplin a circulaiei, nu ar fi posibil dac nu ar avea la baz

realizri tiinifice de prestigiu academic.

2. Micarea de erpuireMajoritatea micrilor perturbatorii ale vagonului n mers, cum ar fi legnarea,

cltinarea sau sltarea, pot fi influenate i chiar provocate de micarea de erpuire,

a crei cauz principal este nsui vagonul prin erpuirea osiilor.

O osie montat, se poate deplasa n linie dreapt numai atunci cnd roile ei cu

profilul de rulare se rostogolesc pe cercuri cu diametre egale.

Datorit montrii rigide a roilor pe osie i a faptului c conicitile suprafeelor

de rulare sunt inverse, osia montat va executa n mers o micare de erpuire,

mijlocul osiei descriind n plan orizontal o sinusoid (Fig. 1).

Fig. 1. erpuirea osiei montate

La mersul normal n aliniament, dac roile au profil de uzur, ghidarea osiei se

realizeaz pe suprafeele de rulare iar buzele bandajelor, n aceast situaie,

constituie doar un supliment de siguran. O dat cu creterea vitezei vor lua


4/17

natere fore de inerie, care, de-ndat ce devin mai mari dect fora maxim

transmisibil prin frecarea roat-in, genereaz alunecarea transversal a osiei

montate i preluarea funciei de ghidare de ctre buza bandajului. Acest fenomen,

care caracterizeaz o micare de erpuire instabil produce solicitri transversaleinadmisibile ale cii de rulare i pericliteaz sigurana circulaiei.

Viteza la care micarea de erpuire devine instabil poart numele de vitez

critic, aceasta determinnd de fapt viteza maxim care poate fi atins n deplin

siguran de ctre vehicul. Mrirea vitezei critice se poate realiza printr-o construcie

adecvat a vehiculului.

3.Aspecte privind forele de interaciune vehicul-cale de rularen deplasarea lui pe cale, vehiculul este supus, n afar de forele de traciune

i aciunii unor fore suplimentare ce se nasc odat cu trecerea lui din starea de

repaus n stare de micare. Cele mai mari posibiliti de deraiere ale unui vehicul

apar la circulaia acestuia n curbe.

Sporirea vitezei de circulaie n curbe impune retrasarea acestora, cu mrirea

corespunztoare a razelor de curbur. Aceast mrire nu se poate aplica ns la

toate liniile din considerente de ordin economic, precum i datorit reliefului, astfel

nct, pentru a putea circula cu viteze mari n deplin siguran, s-a cutat s se

rezolve problema prin realizarea constructiv adecvat a vehiculelor. Astfel s-au

realizat vehiculele cu cutie nclinabil la care, prin nclinarea cutiei spre interiorul

curbei, se obin acceleraii centrifuge necompensate n limite admisibile la viteze

sporite de circulaie. Pe de alt parte, viteza de circulaie n curbe mai este

influenati de insuficiena de supranlare admis. Valoarea acesteia depinde de

calitatea cii n curb.

Prin urmare, orientarea nou n construcia boghiurilor const n realizarea

posibilitii de negociere a razelor de curbur, fiecare dintre osiile boghiului

aezndu-se n poziie aproximativ radial. Astfel, se reduc uzurile suprafeelor de

rulare i a buzelor, respectiv a flancurilor de ine, dar se impune s nu se produc

instabiliti de erpuire. Pentru aceasta trebuie creat n primul rnd un profil de

rulare corespunztor.


5/17

Dup forma suprafeei de rulare, ntlnim profiluri de rulare conice i profiluri

de uzur. Iniial, scopul profilurilor de rulare conice a fost ca s se evite alunecrile

longitudinale care se produc ntre roi i ine la circulaia n curbe i s se realizeze

un centraj al osiei pentru ca aceasta s nu circule tot timpul n contact cu buza. Dar,prin faptul c exist o mare diversitate de vehicule cu diferite regimuri de circulaie

n curbe cu raze diferite, evitarea alunecrilor longitudinale nu este posibil, iar

condiia de realizare a centrajului nu este ndeplinit la profilurile conice.

Administraiile de cale ferat au experimentat profiluri cu diferite coniciti ale

suprafeei de rulare, n scopul gsirii unei soluii optime, care s garanteze att

securitatea circulaiei, ct i o calitate bun de mers a vehiculului.

Profilul conic cel mai rspndit a fost profilul normal UIC, cu forma idimensiunile standardizate pe plan internaional, inclusiv la CFR (n STAS 112/3-90

se prevede un profil similar numai pentru roile de locomotive).

O caracteristic nefavorabil a suprafeelor de rulare conice const n aceea c,

la bracajul osiei n cale, se produce de regul bicontactul cu ina, adic n afar de

contactul de pe suprafaa de rulare apare i un punct de contact pe buz. Aceste

puncte de contact sunt decalate ntre ele vertical, dar i longitudinal, atunci cnd

osia se afl n poziie de atac. Alunecrile suplimentare, determinate de acestedecalaje, produc n timpul rulrii o uzare pronunat prin abraziune cu dislocri

importante de material de pe flancul de ghidare al buzei i flancul interior al inei,

fiind amplificati de alunecrile longitudinale de pe suprafaa de rulare.

Alunecrile nu constituie ns unica surs de producere a uzurii. Evoluia uzurii

este influenat de solicitrile din zona de contact roat-in. Se tie c, sub aciunea

forelor normale, din cauza deformrii materialelor constitutive ale roii i inei,

contactul se face pe o zon de form eliptic, punctele de contact fiind centrele

acestor elipse. Fr a intra prea mult n detalii, menionm c coeficienii de frecare,

respectiv de aderen, sunt dependeni de dimensiunile i orientarea elipsei de-a

lungul sau transversal pe in. Astfel, la orientarea elipsei de-a lungul inei aderena

este mai redus, n schimb cresc forele de frecare transversale care amplific fora

de ghidare n curbe i micarea de erpuire a vehiculului. Uzurile sunt cu att mai

pronunate, cu ct dimensiunile elipsei sunt mai mici i forele normale (sarcina pe

roat), respectiv cele de ghidare, sunt mai mari.


6/17

Urmrind evoluia uzurii pe suprafeele de rulare conice, se constat c

datorit deplasrii locale a punctului de contact, uzarea determin la nceput

modificarea profilului, pe aceeai zon, ntr-o form concav cu pante diferite, care

la rndul lor determin o deplasare a punctelor de contact pe ini deci o lrgiretreptat a zonei punctelor de contact de pe roati in. Dup o prestaie de 20000-

30000kmprofilul ajunge la o form de uzur stabilizat, care nu se mai modific n

timp, fiind determinat de forma i nclinarea inelor i de distribuia medie a

ecartamentului cii de pe reea. Totodat, bicontactul dispare, iar monocontactul

care se instaureaz oprete procesul de uzare a buzei. Aceast constatare a sugerat

ideea de a se realiza de la nceput un profil de uzur cu o form stabil, care s

funcioneze n monocontact pe toate tipurile de in utilizate pe reea, s menajezeflancul activ al buzei i flancurile interioare ale inelor.

Deoarece forma stabil a profilului de pe suprafaa de rulare este condiionat,

n principal, de forma i nclinarea inelor i cum aceti parametri difer de la o ar

la alta, fiecare administraie i-a realizat sau a adoptat un profil de uzur care s

satisfac condiiile concrete de funcionare pe reeaua proprie de cale ferat.

Necesitatea introducerii profilelor de uzur la CFR a fost impus ca urmare a

efectelor nefavorabile, cu grave implicaii tehnico-economice, rezultate nexploatarea profilelor conice. Uzarea rapid a buzei i uzarea neuniform a

suprafeei de rulare conice determin parcursuri reduse ntre dou reprofilri

succesive, prestaii importante de manoperi imobilizri frecvente ale vehiculelor,

iar refacerea grosimii buzei comport ndeprtarea unor cantiti importante de

metal din corpul bandajului. La ine s-au observat uzuri pronunate n curbe, pe

flancul interior de ghidare al firului exterior.

Multe ri au adaptat profiluri de uzur existente, n msura n care s-au potrivit

condiiilor proprii. Altele au elaborat profiluri proprii. n ara noastr, a fost creat

profilul S-78(STAS 112/3-90), standardizat pentru parcul de vagoane de cltori i

marf, prevzut cu buza UIC obligatorie (Fig. 2).


7/17

Fig. 2. Profilul S-78pentru roi de vagoane cu diametrul cuprins ntre 760 mm i 1000mm

(vmax= 160 km\h), adaptat la condiiile din fia UIC 510.

Prin generalizarea profilului S-78, la vagoanele din parcul CFR s-au realizat, pe

lng avantaje economice i un real progres tehnic prin mbuntirea

performanelor dinamice ale acestor vehicule.

Problema nscrierii n curbe a unui vehicul de cale ferat are ca scop esenial

stabilirea condiiilor n care un vehicul poate, n anumite condiii, s circule printr-o

curb determinat fr a deraia. Legat de aceasta apar i alte aspecte, ca de

exemplu acela de meninere a vehiculului n spaiul impus de gabarit.

nscrierea material a vehiculului ntr-o curb are n primul rnd un aspect pur

geometric, aceasta depinznd de dimensiunile vehiculului i cele ale cii de rulare.

Din punctul de vedere al ghidrii, prin vehicul se nelege un ansamblu format

din una sau mai multe osii legate printr-un asiu. Dup modul de legare al osiilor n

asiu se deosebesc dou categorii de vehicule:

- cu osii fixe, la care osiile rmn tot timpul paralele i perpendiculare pe axalongitudinal de simetrie a asiului; osiile nu se pot deplasa longitudinal fa de

asiu, dar se pot deplasa transversal n limitele jocurilor admise; marea majoritate

a vehiculelor actuale sunt cu osii fixe;


8/17

- cu osii orientabile, la care pe lng deplasarea transversal este posibili rotireaosiilor fa de asiu; aceast micare de rotaie, dependent de jocurile

longitudinale de la cutiile de osii, d posibilitatea osiei de a se dispune radial n

curbe, ceea ce are ca efect o reducere important a uzurilor suprafeelor de rularei a buzelor, respectiv ale flancurilor de ine.

Aezarea unui vehicul cu buzele roilor ntre cele dou fire ale cii este

asigurat de lrgimea canalului de ghidare, adic de existena jocului total ntre buz

i flancul interior al inei (Fig. 3).

Dac osia este dispus radial n curb, jocul definit convenional este = E

E0, care se consider de ctre proiectanii de vehicule, pentru situaia cea mai

defavorabil, la valoarea sa minim, adic pentru ecartamentul cii E la valoareaminim (1432 + S mm) i pentru ecartamentul osiei E0 la valoarea maxim (1426

mm).

Jocul normal al osiei n cale este = 1435 1426 = 9 mm. Dac se ine seama

de faptul c ecartamentul cii se msoar la 14 mmsub nivelul superior al inelor,

valoarea lui este ceva mai mare. La studiul nscrierii n curbe a vehiculelor se

utilizeaz n general = 10 mm, la care se adaug valoarea supralrgirii cii n

curb.

Fig. 3. Jocul total ntre buza i flancul interior al ineila osia n poziie normal fa de firele cii

Dac osia este n poziie de atac, cu un unghi fa de cale, la roile obinuite,

jocul se va micora, deoarece prin rotirea osiei se ngusteaz canalul de ghidare. La


9/17

roile cu diametru mic ns, este posibil chiar mrirea jocului cnd osia este n

poziie de atac.

4. Importana suspensiei vehicululuin timpul mersului, vehiculul este supus aciunii unor impulsuri generatoare de

vibraii, cu efecte defavorabile asupra calitii de mers. Vehiculul rspunde la

impulsurile generate n procesul de rulare prin intermediul suspensiei, care are rolul

de a le reduce efectul la valori acceptabile.

O surs de vibraii la vehiculele pe ine este reprezentat de neuniformitile

verticale i transversale ale cii i de discontinuitile de la joante. Calarea fix a

celor dou roi pe aceeai osie i conicitile inversate ale suprafeelor de rulareproduc micarea de erpuire a osiei care se transmite maselor suspendate ale

vehiculului. Defecte ale roilor ca excentricitatea i planeitile de pe suprafeele de

rulare reprezint de asemenea surse importante de vibraii.

Asigurarea confortului la vibraii pentru cltori, a integritii mrfurilor

transportate i a construciei vehiculului depind n mod esenial de calitatea

suspensiei vehiculului.

Confortul depinde de capacitatea suspensiei de a izola vehiculul fa de

impulsurile perturbatorii care iau natere n procesul de rulare al osiilor pe cale, att

n direcie vertical, ct i n direcie transversal.

Suspensia vehiculului trebuie s asigure o comportare dinamic stabil la

mersul n linie dreapti o comportare dinamic stabil, cu fore de ghidare mici, la

trecerea prin curbe.

Totodat, suspensia mai trebuie s contribuie la micorarea forelor reciproce

dintre vehicul i cale, meninndu-le n limitele determinate de sigurana circulaiei i

de necesitatea asigurrii proteciei att a aparatului de rulare, ct i a cii.

La vehiculele de traciune, variaiile de sarcin pe roi datorate vibraiilor i

modului de transmitere a forei de traciune influeneaz greutatea aderenti deci

performanele de traciune ale vehiculului. Suspensia trebuie s contribuie la

diminuarea acestor variaii de sarcin, printr-o soluie constructiv adecvat, care s

nu pericliteze ns calitatea de rulare a vehiculului.


10/17

Pe lng cele menionate, suspensia trebuie s atenueze ocurile i vibraiile

longitudinale cauzate de variaia vitezei de mers, la demarare, frnare i manevr.

O elasticitate prea mare a suspensiei primare contribuie la creterea

amplitudinilor oscilaiilor de galop ale boghiului, care pot produce solicitri excesiveale organelor de frn i variaii mari ale sarcinilor pe osii, prejudiciind sigurana

circulaiei.

Pentru a combate efectele nocive ale galopului boghiului o msur adoptat

const n amortizarea puternic a suspensiei primare, care contribuie totodati la

reducerea nivelului acceleraiilor n cutia vehiculului.

Pentru izolarea cutiei vehiculului fa de micrile duntoare de galop ale

boghiurilor este indicat s se plaseze legtura dintre boghiu i cutie la nivelulcentrului de mas al prii suspendate a boghiului. Totodat aceast legtur trebuie

s fie ct mai apropiat de nivelul osiilor pentru a se diminua transmiterea micrilor

parazite longitudinale asupra cutiei. Reducerea ocurilor transmise cutiei se face prin

realizarea unei legturi elastice ntre boghiu i cutia vehiculului sau prin suprimarea

pivotului i adoptarea soluiei de antrenare a cutiei prin bielete cu articulaii

silentbloc sau prin cabluri metalice.

La proiectarea suspensiei trebuie deci s se adopte constantele elastice aleetajelor de suspensie n aa fel nct frecvena cuplat nalt a suspensiei i

frecvena micrii de galop a boghiului s se afle n afara zonei frecvenelor proprii

de ncovoiere a cutiei vehiculului, aceasta din urm fiind n general cuprins ntre 8i

13 Hz. n figura 4 sunt prezentate zonele de frecven obinute n urma

msurtorilor efectuate de SNCF pentru vehicule cu viteze de circulaie de pn la

200 km/h.


11/17

Fig. 4. Zonele de frecvene pentru vibraiile verticale

La viteze mari crete influena perturbaiilor cauzate de defectele roilor, n

special defecte de centrare, care dup un parcurs de 60000 ... 80000 kmating valorisuficient de mari pentru a provoca vibraii dezagreabile pentru cltori.

Amortizoarele montate n paralel cu suspensia produc o rezisten mult mai mare la

aceste perturbaii dect cele cauzate de joante i astfel transmit perturbaii ctre

cutia vehiculului. Intercalarea unui arc n serie cu amortizorul duce la diminuarea

acestor efecte.

La repartizarea elasticitilor pe etajele de suspensie trebuie avut n vedere c

sunt i situaii n care elasticitatea suspensiei osiilor este condiionat de anumite

valori i de ansamblul construciei vehiculului, de transmisie, de instalaia de frn,

etc. n astfel de situaii se pot modifica n mod favorabil parametrii suspensiei osiilor

prin adoptarea sistemului de conducere a osiilor cu bare articulate ca n fig. 5.

Fig. 5. Sistem cu arc de suspensie montat n consol pe braul de conducere al osiei:1 cadrul boghiului; 2 bra de conducere; 3 arc de suspensie;

4 articulaie la cadrul boghiului

Dup cum s-a artat, elasticitatea transversal a suspensiei centrale se adoptn aa fel nct s se reduc la minimum influena erpuirii boghiului asupra cutiei

vehiculului. Totodat este necesar s se realizeze un cuplu de amortizare

"antierpuire" ntre boghiu i cutie, pentru a se mri stabilitatea boghiului la viteze

mari. Valoarea cuplului antierpuire este ns limitat avndu-se n vedere c acesta

contribuie la creterea forelor exercitate asupra cii la circulaia n curb.

n raportul ORE B10, RP 15/Fse indic, pentru vagoanele de cltori a cror

vitez critic este sub 200 km/h, adoptarea unui cuplu antierpuire de 18 ... 25 kNm.


12/17

Pentru boghiurile grele ale locomotivelor, care au o mas suspendat de 5 ... 7

ori mai mare dect cea a vagoanelor, viteza de 200 km/heste asigurat cu un cuplu

antierpuire, dat de amortizoare hidraulice, de 20 ... 35 kNm, iar pentru viteze ntre

200 i 250 km/h - cu un cuplu de 50 kNm. La ramele TGV, a cror greutate aboghiului este mai mic n raport cu cea a locomotivelor, dar de 2 ... 3ori mai mare

dect a vagoanelor, cuplul antierpuire este de circa 28 kNm. Se menioneaz c

adoptarea valorii cuplului antierpuire trebuie s se fac astfel nct s se asigure un

parcurs corespunztor al vehiculului ntre dou reprofilri ale bandajelor roilor.

Calitatea mersului este determinat de comportarea dinamic a vehiculului pe

calea de rulare. Aceasta fiind un rezultat al interaciunii dintre vehicul i cale, pe

lng faptul c influeneaz confortul cltorilor i integritatea mrfurilortransportate, determini un anumit grad de siguran a circulaiei i de menajare a

structurii portante a vehiculului.

Din aceste motive s-au efectuat numeroase cercetri teoretice i

experimentale cu privire la definirea noiunilor de calitate a mersului, cu privire la

criteriile i metodele practice de evaluare a ei, cu scopul de a se putea mbunti

continuu performanele calitative ale vehiculelor.

5. Limita de deraiere a roii atacanteSigurana contra deraierii la un vehicul de cale ferat este determinat de

capacitatea de ghidare a osiei conductoare, care reprezint fora maxim de

ghidare pe roata atacant la limita de deraiere. Capacitatea de ghidare a osiei

conductoare rezult din condiiile de echilibru n plan vertical - transversal al

forelor care acioneaz asupra osiei.


13/17

Fig. 6. Forele de contact ale osiei cu calea consideraten studiul siguranei contra deraierii.

n cazul bicontactului roii atacante cu ina, creterea forei de ghidareY1face

s creasc n punctul de ghidare A1 reaciunea N1 i, n consecin, va crete i

aciunea descrctoare a componentei T1yz a forei de frecare, din care cauz se

micoreaz reaciunea '1N din punctul de sprijin'1A . Situaia n care se ajunge la

'1N =

0, deci cnd punctul de sprijin '1A este complet descrcat i sarcina Q1de pe roata

atacant trece n ntregime pe buza de ghidare a roii n punctul A1, se numete

limit de stabilitate la deraieresau limit de deraiere. Dac fa de aceast situaie

fora Y1va crete n continuare, buza roii conductoare se va urca pe flancul interior

al inei, producndu-se deraierea.

n cazul monocontactului, se consider c s-a ajuns la limita de deraiere atunci

cnd punctul unic de contactA1a ajuns pe buz la un unghi de flanc maxim.

La limita de deraiere, din poligonul forelor (Fig. 6), rezult raportul

11

1111

1

1

tgtg1tgtg)(tg + ==

QY

lim

(1)

n careN

Tyz11tg =

Pe de alt parte, din paralelipipedul forelor, n punctul de contactA1rezult

111 cosTTyz =

fora de frecare 111 NT = , depinznd de coeficientul de frecare 1, respectiv de

pseudoalunecarea 1.


14/17

innd ns seama de mrimea pseudoalunecrii 1n punctul de contact de pe

buz, se poate considera valoarea maxim (coeficientul de frecare coulombian)

=1 a coeficientului de frecare i deci

Tlyz=1cos1

se obine astfel 11 costg =

(2)

i, de asemenea11

11

lim1

1

tgcos1

costg

+

=

Q

Y

(3)

Capacitatea de ghidare este influenat, dup cum indic relaia (3), de

mrimea lui cos 1care depinde de regimul de lucru al osiei i de unghiul de atac .

Situaia cea mai defavorabil, la care capacitatea de ghidare este minim, exist

cnd cos 1= 1, adic n situaia osiei libere. n acest caz, relaia (3) devine

1

1

lim1

1

tg1

tg

+

=

Q

Y(4)

cunoscut n literatura de specialitate sub numele de formula lui Nadal. Se

menioneaz c nc de la sfritul secolului trecut Boedecker i Nadal, apoi mult mai

trziu Chartet [5], au stabilit, independent unii de alii, aceast formul.

Coeficientul de frecare are o influen nsemnat asupra capacitii de ghidare

a osiei. Cu ct valoarea acestui coeficient este mai mic, cu att va crete

capacitatea de ghidare a osiei. inele umede sau ungerea buzei roii sunt deci

favorabile siguranei contra deraierii. n calcul ns trebuie considerat valoarea

maxim a coeficientului de frecare corespunztoare situaiilor celor mai defavorabile

care pot interveni n exploatare.Analiznd procesul de deraiere, se remarc faptul c formula lui Nadal s-a

dedus numai din forele de contact de pe roata atacant, fr a ine seama de

dependena care exist ntre sarcina pe o roati fora de ghidare i nici de influena

efectului de spin n punctul de contact de pe buz asupra coeficientului de frecare.

Ca urmare a experienelor efectuate n cadrul Comitetelor ORE B 55i B 136, s-

a recomandat adoptarea valorii coeficientului de frecare = 0,36, considerat ca

acoperitoare n cazul aplicrii n calculele de siguran contra deraierii a formulei luiNadal.


15/17

Pe de alt parte, formula lui Nadal arat i influena favorabil a creterii

unghiului de flanc al buzei 1 asupra capacitii de ghidare. Astfel, corespunztor

valorii = 0,36, se obine

2,1lim

=

QY pentru

o701 =

85,0lim

=

Q

Ypentru

o601 =

ceea ce arat avantajul unghiului de flanc de 70al suprafeei exterioare de ghidare

a buzei roii pentru sporirea capacitii de ghidare a osiei. Uzarea bandajelor, prin

care se mrete unghiul de flanc al buzei, devine avantajoas din punct de vedere al

siguranei contra deraierii.Din formula lui Nadal se poate deduce unghiul de flanc 1 n funcie de

raportul (Y1/Q1)lim:

arctgarctg

lim1

11 +

=

Q

Y(5)

Lucrrile Comitetului ORE B 55 au artat c, pentru a se evita deraierea

vehiculului n linie curent, raportul Y1/Q1 trebuie s fie inferior valorii limit

(Y1/Q1)lim= 1,2.

La circulaia peste aparatele de cale, experienele efectuate n cadrul

Comitetelor C 9i C 70au permis s se trag concluzia c la macaze

8,0lim

=

Q

Y

iar la contactul vrfului buzei cu vrful inimii de la ncruciri trebuie s se asigure un

raport

4,0lim

=

Q

Y

6. ConcluziiAu fost prezentate succint o serie de aspecte privitoare la fenomenele de

ghidare a vehiculelor feroviare de cltori. Precizrile din lucrare au un caracter

general putnd fi extinse la studiul oricrui tip de vehicul.


16/17

Factorii care pot contribui la deraierea unui vehicul pot fi de ordin tehnic sau de

ordin organizatoric. Factorii de ordin tehnic se refer la construcia vehiculului i a

cii, iar factorii de ordin organizatoric se refer la condiiile de exploatare n legtur

cu modul de ncrcare i de circulaie.Lucrarea prezint importana studierii micrii de erpuire a vehiculului ntruct

aceasta reprezint un factor limitativ al vitezei maxime de circulaie a vehiculului.

Totodat, suspensia vehiculului trebuie astfel adoptat nct s se evite

fenomenele de rezonan care pe lng faptul c influeneaz calitatea mersului pot

duce la descrcri ale roii atacante i astfel s pericliteze sigurana ghidrii

vehiculului.

Pentru studiul siguranei ghidrii este important determinarea limitei dederaiere care este dependent de mrimea coeficienilor de frecare precum i de

caracteristicile profilului de rulare al roii.

inndu-se seama de condiiile de contact roat-in la diferite tipuri de

profiluri se determin condiiile n care se atinge limita de deraiere.

Pentru circulaia unui vehicul n deplin siguran, este necesar ca acesta s

aib o anumit stabilitate pe cale iar micrile suplimentare s fie limitate i s poat

fi amortizate.

Bibliografie

1. Sebean, I., Dinamica vehiculelor de cale ferat, Editura tehnic, Bucureti,1995;

2. Sebean, I., Copaci, I., Teoria sistemelor elastic la vehiculele feroviare, MatrixRom, Bucureti, 2008;

3. Sebean, t. M., Contribuii la studiul circulaiei n curbe a vehiculelor cu boghiuriY 32, Simpozionul Naional de Material Rulant, Bucureti, 2004;

4. van Bommel, P., Considerations lineaires concernant le mouvement de lacet d'unvehicule ferroviare, VIC/ORE C9, 1968;

5. Chartet, M., La thorie statique du draillement dun essieu, Revue Gnrale desChemins de Fer, s. 365, 1950;

6. Kalker, J. J., Three-Dimensional Elastic Bodies in Rolling Contact, Kluwer,Dordrecht, 1990;


17/17

7. Newland, D.E., Steering a flexible railway truck on curved track, Transaction ofASME, 1969;

8. Scheffel, H., Conceptions nouvelles relatives aux grandes vitesses, RailInternational, 1974;

9. ***Fia UIC 518.

Aspecte Privind Siguranta Circulatiei La Vehicule Feroviare de Calatori

Documents

Transcript of Aspecte Privind Siguranta Circulatiei La Vehicule Feroviare de Calatori