Определение условий укладки бесстыкового пути

 

Возможность укладки бесстыкового пути в конкретных условиях устанавливается сравнением допускаемой температурной амплитуды [ Т ] для данных условий с фактически наблюдавшейся в данной местности амплитудой колебаний температуры Т_А. Если по расчету Т_А ≤ [ Т ], то бесстыковой путь можно укладывать.

Значение Т_А определяется, как алгебраическая разность наивысшей t _{max max} и наинизшей t _{min min} температур рельса, наблюдавшейся в данной местности (при этом учитывается, что наибольшая температура рельса на открытых участках превышает на 20 ⁰С наибольшую температуру воздуха).

 

 

2.1. Расчет повышение и понижений температуры рельсовых плетей, допускаемых по условиям прочности и устойчивости.

 

Амплитуда допускаемых изменений температур рельсов

 

 

- минимальный интервал температур, в котором окончательно закрепляются рельсовые плети.

 

- допускаемое повышение температуры рельсов по сравнению с температурой их закрепления, определяемое устойчивостью против выброса пути при
действии сжимающих продольных сил;

– допускаемое понижение температуры рельсовых плетей по сравнению с температурой закрепления, определяемое их прочностью при действии растягивающих продольных сил.

 

Согласно таблице 4 [1, с.13] определяем повышение температуры рельсовой плети , допускаемое по условию устойчивости пути.

 

Для Р65 при железобетонных шпалах со щебнем из скальных пород:

 

Тип рельсов	Эпюра шпал	Превышение температуры рельсовой плети , допускаемое по условию устойчивости пути
В прямом участке	В кривой радиусом 2 000 м
Р 65

 

Произведем расчет для эпюры шпал 1840 шт./км.

 

Допускаемое понижение температуры рельсовых плетей определяется расчетом прочности рельсов, основанным на условии, что сумма растягивающих напряжений, возникающих от воздействия подвижного состава и от изменений температуры, не должна превышать допускаемого напряжения материалов рельсов:

	Коэффициент запаса прочности для рельсов первого срока службы, для рельсов, пропустивших нормативный тоннаж.
	Напряжение в кромках подошвы рельса под нагрузкой от колес подвижного состава, МПа.
	Напряжение в поперечном сечении рельса от действия растягивающих температурных сил, возникающих при понижении температуры рельса по сравнению с его температурой закрепления.
	Допускаемое напряжение – для новых незакаленных рельсов равно 350 МПа, для новых термоупрочненных – 400 МПа.

Напряжение в подошве рельса определяется по правилам расчета верхнего строения пути на прочность.

Температурное напряжение, возникающее в рельсе в связи с несостоявшимся изменением его длины при изменении температуры

 

 

	Коэффициент линейного расширения α = 0,0000118 1/град.
	Модуль упругости рельсовой стали (Е=210ГПа=2,1∙105 МПа).
	Разность между температурой, при которой определяются напряжения, и температурой закрепления плети 0С.

Наибольшее допускаемое по условию прочности рельса понижение температуры рельсовой плети по сравнению с ее температурой при закреплении:

 

Согласно таблице 5 [1, с.16] определяем допускаемое по условию прочности рельсов понижение температуры , для типа рельсов Р65, локомотива ВЛ 23 и скорости движения 100 км/час:

 

 

При термоупроченных рельсах первого срока службы значение [Δt_p ] увеличивают на 20 ⁰С по сравнению с данными табл.5. При старогодных рельсах в главных путях и приемоотправочных путях сквозного прохода [Δt_p ] уменьшают на 5 ⁰С по сравнению с данными табл.5.

 

В прямом участке пути:

 

92⁰С ≤ 112⁰С,

 

В кривой R= 2000 м:

 

92⁰С ≤ 106⁰С,

 

Следовательно, бесстыковой путь можно укладывать.

 

 

2.2. Расчет интервалов закрепления плетей.

 

 

Для прямого участка пути:

 

 

Для кривой R=2000 м:

 

 

 

Границы интервала закрепления, т.е. самую низкую min t_з и наибольшую mах t_з определяем по формулам:

 

Для прямого участка пути:

 

 

Для кривой R = 2000 м:

 

При укладке плетей длиной более 800 м нижняя граница интервала закрепления должна быть не менее чем на 8⁰С выше нижней границы, установленной для плетей обычной длины. По исходным данным длина укладываемой плети составляет 650 м, т.е. нормальной длины.

 

=54⁰С

=68⁰С

 

 

 

-38⁰C 0⁰C +30⁰C +54⁰C

t_{min min} t_{min з} t_{mах з} t_{max max}

 

Рис.2.1. Диаграмма температурного режима плетей в прямом участке.

 

 

=50⁰С

=66⁰С

 

 

 

-38⁰C +4⁰C +28⁰C +54⁰C

t_{min min} t_{min з} t_{mах з} t_{max max}

Рис.2.2. Диаграмма температурного режима плетей в кривой R=2000 м.

 

2.3. Расчет данных для принудительного ввода плетей в оптимальную температуру закрепления.

 

В случаях необходимости укладки рельсовых плетей при температуре рельсов ниже оптимальной, следует прибегнуть к способу принудительного ввода их в оптимальную температуру закрепления. Такой способ применяется и перед сваркой эксплуатируемых плетей, ранее уложенных и закрепленных при температуре ниже оптимальной.

Если укладка плетей производилась при температуре выше оптимальной, то с наступлением оптимальной температуры производится разрядка температурных напряжений.

Принудительный ввод плетей в оптимальную температуру выполняется с использованием гидравлических натяжных устройств или нагревательных установок и обязательным вывешиванием их на роликовые опоры или пластины.

Перед началом работ с использованием натяжных устройств должны быть выполнены расчеты по определению изменения длины плети ΔL и прилагаемого растягивающего усилия N, необходимого для удлинения плети (или полуплети).

Удлинение плети, мм определяется по формуле:

 

	Длина плети, м
	Перепад между температурой первоначального закрепления или температурой рельсовых плетей при укладке и планируемой температурой закрепления 150С
	Коэффициент линейного расширения.

 

Необходимые усилия для создания расчетных удлинений в плетях N_t определяются из условия:

Площадь поперечного сечения рельса, см2 (65,99 см2 – для Р50 и 82,65 – для рельса Р65).

Для обеспечения неподвижности уравнительных рельсов с обеих сторон от удлиняемой плети должны находиться анкерные участки. Рельсовые стыки, расположенные в пределах анкерных участков и прилегающие к ним, должны обеспечивать нормальное стыковое сопротивление продольному перемещению рельсов R_н = 400 кН (для рельсов типа р65), что достигается затяжкой гаек стыковых болтов с крутящим моментом, равным 600 Нм, а гайки клеммных болтов должны быть затянуты с крутящим моментом 150-200 Нм.

Длина анкерного участка, м, определяется по формуле:

 

 

Погонное сопротивление рельсов (при замерзшем балласте принимается r=25 кН/м) или шпал (при незамерзшем балласте r = 7 кН/м – при неуплотненном балласте м r = 12 кН/м – при уплотненном балласте) продольному перемещению в пределах анкерного участка.

 

Расчеты рельсовой колеи.

3.1. Определение возвышения наружного рельса в кривой.

 

Возвышение устраивается в кривых участках пути радиусом 4000 м и менее. Максимальная величина возвышения не должна превышать 150 мм.

Перерасчету подлежат возвышения в кривых, в которых наблюдается повышенный износ рельсов по одной из ниток, интенсивные расстройства по ширине колеи и направлению в плане, допускаемые скорости по возвышению и его отводу не соответствуют друг другу, начало и конец отводов по кривизне и возвышению не совпадает более чем на 10 м, реализуемые скорости на 10-15% отличаются от максимальных, установленных дорожным приказом.

 

Величина возвышения в круговой кривой определяется по следующим формулам:

 

Для пассажирского поезда:

 

Для грузового поезда:

 

Для потока поездов:

 

 

	Максимальные скорости км/час пассажирского и грузового поезда соответственно, установленные в кривой по приказу начальника дороги.
	Приведенная скорость поездопотока, км/час
	Радиус кривой, м

 

 

Для пассажирского поезда:

 

Для грузового поезда:

 

 

Для потока поездов:

 

Из полученных величин принимается большее и округляется до значения кратного 5 мм, т.е. до 40 мм.

В зависимости от конкретных параметров пути в кривой, в том числе от интенсивности износа отдельных рельсовых плетей, полученная расчетом величина возвышения при необходимости может корректироваться в предлах, не допускающих превышения нормативов предльных непогашенных ускорений, которые для пассажирских поездов составляют 0,7 м/с², а для грузовых ± 0,3 м/с².

 

Производим проверку по формуле:

 

- рекомендованное значение расчетной минимальной скорости грузовых поездов – 45 км/час.

Если , то должен быть проверен уровень реализуемых максимальных скоростей грузовых и пассажирских поездов в кривой по специальной методике, утвержденной МПС. Максимальные скорости движения по кривой в приказе по дороге следует привести в соответствие с реализуемыми, не допуская избытка величины возвышения в кривой.

В кривых, расположенных на участках рекуперативного торможения, рекомендуется для компенсации действия продольных сжимающих сил увеличивать полученное расчетом возвышение на величину 20%, а кривых, расположенных на руководящих подъемах и близких к ним, для компенсации продольных растягивающих сил уменьшать полученное расчетом возвышение на величину 15%. При этом должны соблюдаться нормативы по предельным непогашенным ускорениям.

 

 

3.2. Расчет основных элементов для разбивки переходной кривой.

 

Для переходной кривой l₀ зависит от принятого уклона отвода возвышения i, скорости движения, допускаемой величины нарастания горизонтальных ускорений, допустимой скорости подъема колеса по наружному рельсу и т.д.

Допускаемые в различных эксплуатационных условиях значения отвода возвышения i скорости подъема колеса по наружному рельсу, величины непогашенных ускорений d_im приводятся в нормативных документах (СТН Ц-01-95, приказ № 41 от 12.11.01).

 

В курсовом проекте принимаем следующие нормативы:

 

i = 0,001;

α_нп= 0,7 м/с²;

ψ= 0,4 м/с³;

 

скорость подъема колеса по наружному рельсу - 28 мм/с = 1/10 км/ч.

Из условия не превышения допустимого уклона отвода возвышения
наружного рельса i:

 

 

При скорости подъема колеса по наружному рельсу 28 мм/с = 1/10 км/ч

 

 

 

При ψ = 0,4 м/с³:

 

Наибольшая из l₀₁, l₀₂, l₀₃ длина переходной кривой сравнивается со значением длины переходной кривой, устанавливаемой СТН Ц-01-95 для радиуса круговой кривой – 1000 м, 2 категории железнодорожных линий и первой зоны скорости.

Согласно таблице 6 СТН Ц-01-95, для R=1000 м, для 3 категории железнодорожных линий (скорость пассажирских поездов – 100 км/час, грузовых – 72 км/час) и первой зоны скорости длина переходной кривой принимается в пределах 102-100 м, т.е. 110 м.

 

На новых скоростных железнодорожных линиях, а также на линиях I, II категорий длины переходных кривых определяются из условия:

 

 

 

Принимаем длину переходной кривой их СТН Ц-01-95, равную 110 м.

Пересчитываем новое значение крутизны отвода возвышения наружного рельса:

 

Производим расчет параметра кривой:

 

 

Величина сдвижки р круговой кривой к центру:

 

 

Расстояние m от тангенсного столбика сдвинутой круговой кривой до начала переходной кривой:

 

Значение абсциссы Х₀ и ординаты Y₀ для конца переходной кривой:

 

 

 

 

Подсчет промежуточных ординат для Х=10 м и 20, 30, 50, 100 м:

 

Для Х=10:

 

 

Для Х=20:

 

 

Для Х=30:

 

 

Для Х=50:

 

Для Х=100:

 

 

 

Х, м
У, м	0,0015	0,012	0,04	0,189	1,516	2,016

 

 

Полная длина кривой определяется следующим образом:

 

Рис. 3.1. Разбивка переходной кривой способом сдвижки круговой кривой во внутрь.

3.3. Определение ширины колеи в кривой.

 

Согласно исходным данным к части III проекта необходимо определить для заданного экипажа оптимальную и минимально допустимую ширину колеи в кривой радиуса R = 1000 м.

Ширина колеи на кривой определяется расчетом по вписыванию экипажа в заданную кривую, исходя из следующих условий:

· ширина колеи должна быть оптимальной, т.е. обеспечивать наименьшее сопротивление движению колес, наименьшие износы колес и рельсов;

 

· ширина колес должна быть больше минимально допустимой S_mm.

 

Оптимальная ширина рельсовой колеи S_oрт на кривой радиусом R из условия вписывания тележки с трехосной жесткой базой L₀ определиться
следующим образом (см. рис. 3.2.).

 

Обозначим ширину колесной колеи:

 

T	насадка колес, мм
q	толщина гребня колеса. мм
μ	утолщение гребня выше расчетной плоскости вагонных колес 1 мм. Для локомотивных колес 0.

 

Расчетные схемы вписывания трехосной жесткой базы:

 

О	центр вращения экипажа;
λ	расстояние от центра вращения экипажа до геометрической оси первого колеса (в данном случае λ = L0);
b|1	расстояние от геометрической оси первой колесной пары до точки касания гребня колеса с рельсом;
fн	стрела изгиба наружного рельса (при хорде АБ);
Ση	сумма поперечных разбегов соответствующих колесных пар заданного экипажа.
	Ση=0 S = К + fн
	Ση≠0 S = К + fн - Ση

Поскольку экипажем, требующем наибольшей ширины колеи, будет тот, который имеет K_mаx, а допуск па сужение равен 4 мм, то

 

 

r	Радиус качения колеса, м
τ	Угол наклона образующей гребня колеса к горизонту (для вагонного колеса 600, для локомотивного 700).

 

При определении минимально допустимой ширины колеи S_min за расчетную принимается схема заклиненного вписывания экипажа, при которой наружные колеса крайних осе жесткой базы ребордами упираются в наружный рельс кривой, а внутренние колеса задней оси - в рельс внутренней нити.

К полученной на основании такой расчетной схемы ширине колеи прибавляется δ_min - минимальный зазор между боковой рабочей гранью рельса и гребнем рельса на прямом участке пути:

 

 

Необходимые для расчета величины:

Скорость движения км/час	Наименование колес	q + μ, мм	Т, мм	К, мм	δ, мм
До 120	локомотивные	33/25	1443/1437	1509/1487	39/7
вагонные	34/26	1443/1437	1511/1489	37/5

 

В числителе – максимальные значения, в знаменателе – минимальные.

Единица подвижного состава	База тележки, L0, мм	Разбеги Ση, мм	Радиус колеса r, мм
2ТЭ10Л

На железных дорогах установлена следующая ширина рельсовой колеи на кривых участках пути, мм

При радиусах кривой	350 м и более	1520 мм
349-300 м	1530 мм
299 и менее	1535 мм

При S_min меньше ширины колеи, устанавливаемой для кривой данного радиуса согласно ПТЭ, то за окончательную принимается ширина колеи по ПТЭ. Во всех случаях она должна быть меньше S_max = 1548 мм.

Определить S_опт и S_min при вписывании тепловоза 2ТЭ10Л в кривую R=1000 м. Скорости на участке установлены до 120 км/ч.

 

a)	f)
b) r = 525 мм	g)
c) Ση = 12 мм	h)
d)	i)
e)	j)

 

Согласно ПТЭ в кривой R=1000 устанавливается ширина колеи 1520 мм.

 

 

Рис. 3.2. расчетные схемы вписывания трехостной жесткой базы.

 

Литература.

 

1. Строительные нормы и правила Российской Федерации. Железные дороги колеи 1520мм. СНиП 32-01-95. Минстрой России, 1995.

2. Приказ Министра путей сообщения Российской Федерации №14Ц от 25 сентября 1995г. «О строительно-техничнских нормах «Железные дороги колеи 1520мм» - М., 1995.

3. Железные дороги колеи 1520мм. СТН Ц-01-95. – М.: министерство путей сообщения Российской Федерации, 1995.

4. Положение о системе ведения путевого хозяйства на железных дорогах Российской Федерации. – М.: ОАО РЖД, 2009.

5. Приказ №41 от 12.11.01. «Нормы допускаемой скоростей движения подвижного состава по железнодорожным путям колеи 1520 (1524)мм федерального железнодорожного транспорта. – М.: Транспорт,2001.

6. Технические указания по устройству, укладке, содержанию и ремонту бесстыкового пути. М.: Транспорт,2000.

7. Технические условия на работу по ремонту и планово-предупредительной выправке пути. Утв. МПС 28 июня 1997 г. – М.: Транспорт, 1998.

8. Железнодорожный путь/ Под.ред. Т.Г.Яковлевой. – М.: Транспорт,2001.

9. Чернышев М.А., Крейнис З.Л. Железнодорожный путь. – М.: Транспорт, 1985.

10. Крейнис З.Л. Современные конструкции верхнего строения железнодорожного пути: Уч.пос. – М.:РГОТУПС.1997. – (Часть 1). – М.: РГОТУПС, 1998.(Часть 2)

11. Задание на курсовой проект с методическими указаниями для студентов II курса.