Проектирование и расчеты верхнего строения пути

Таким образом,

[ТА] = tmax max - tmin min = 60 – (- 31) = 91 °С

2. Амплитуда допускаемых изменений температур рельсов:

[T] = [Dty]+[Dtp]-[Dtз],

где -  [Dty]  = 45 °С, по табл.4 (1) принимаем железобетонные шпалы эпюрой  2000, на асбестовом балласте, радиус 600 м, тип рельсов – Р50.

          [Dtp]  = 59 °С, по табл.5 (1) принимаем тепловоз ТЭ – 3, тип рельсов Р50, скорость по заданию 60 км/ч, радиус кривой 600 м.

Таким образом,

[Т] = 45+59+10=94 °С

3. [ТА] < [Т], следовательно, укладка бесстыкового пути возможна.

 

          2.1. Расчет повышений и понижений температуры рельсовых плетей,   

                 допустимых   по   условиям  их  прочности и устойчивости.

 

         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 материала рельсов:

КП sК + st £ [s],

где    Кп  - коэффициент запаса прочности (КП = 1,3 для  рельсов первого срока службы;  КП = 1,4 для рельсов, пропустивших нормативный тоннаж);

sК - напряжение в кромках подошвы рельса под нагрузкой от колес подвижного состава, МПа;

st - напряжение в поперечном сечении рельса от действия растягивающих температурных сил, возникающих при понижении температуры рельса по сравнению с его температурой при закреплении, МПа:

[s] - допускаемое напряжение (для новых незакаленных рельсов [s]= 350 МПа для новых термоупрочненных - 400 МПа).

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

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

st = aEDt = 2,5Dt,

где    a - коэффициент линейного расширения (a = 0,0000118 1/град);

Е - модуль упругости рельсовой стали (Е=210 ГПа = 2,1 • 103 МПа);

Dt - разность между температурой, при которой определяется напряжение, и  температурой   закрепления    плети на шпалах, 0С.

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

[Dtp] = ([s] - KПsК)/ aЕ = ([s] - KПsК)/ 2,5

          В таблице 5 (6) определены и приведены допускаемые по условию прочности понижения [Dtp] температуры рельсовых плетей по сравнению с температурой их закрепления для бесстыкового пути с темроупрочненными рельсами типа Р65 первого срока службы на железобетонных шпалах и щебеночном или асбестовом балласте в зависимости от типа обращающихся локомотивов и реализуемой скорости движения.

      Для других вариантов  верхнего строения пути указанные  данные принимают со следующими  поправками. При термоупрочненных  рельсах первого срока службы  значение [Dtp] увеличивают  на 20 градусов по сравнению с данными таблицы 5.

      При старогодных  рельсах в главных путях и  приемо-отправочных путях сквозного  прохода  [Dtp] уменьшают на 5 градусов по сравнению с данными таблицы 5(1). В соответствии с исходными данными, при тепловозе ТЭ – 3, тип рельсов Р50, скорость по заданию 60 км/ч, радиус кривой 600 м, получаем

[Dtp] = 59 °С

 

 

 

 

2.2. Расчет интервалов закреплений  плетей.

 

          Расчетный  интервал закрепления плетей:

DtЗ = [Dty] + [Dtp] – TA = 45+59-91=130С

 

          Границы  интервала закрепления, т.е. самую низкую min tЗ и самую высокую max tЗ температуру закрепления, определяют по формулам:

min tЗ = tmax max - [Dty] = 60 – 45 = 150С,

max tЗ = tmin min + [Dtp] = - 31 + 59 = 280С.

          При укладке плетей длиной более 800 м нижняя граница интервала закрепления должна быть не менее чем на 8 0С выше нижней границы, установленной для плетей обычной длины.

 

         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 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 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 DL  и прилагаемого растягивающего усилия N, необходимого для удлинения плети (или полуплети).

        Удлинения  плети, мм, определяется по формуле:

DL =aLDt,

   где L-длина плети

       Dt-перепад между температурой первоначального закрепления или температурой рельсовых плетей при укладке и планируемой температурой закрепления

        Dt=tопт-tфакт

       Dt=400С-(-40С)=440С

       α – коэффициент  линейного расширения (α = 0,0000118 1/град)

Таким образом,   DL=0,0000118*750*(40-(-4))=0,3894м*1000=389,4 мм

         Необходимые  усилия для создания расчетных  удлинений в плетях Ni определяем из условия:

Ni = α*Е*F*Δt ,

где  F – площади поперечного сечения рельса, см2 (для Р50 – 65,99)

        Е – модуль  упругости рельсовой стали (Е = 210 ГПа)

Таким образом,

            Ni = 0,0000118*210*65,99*44 = 719,5 кН

         Длина анкерного  участка, м, определяется по формуле:

Lан ≥N/r ,

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

Таким образом,

             Lан = 719.5/12 = 60 м

Начертим диаграмму температурного режима плетей (рис.1)

 

 

 

 

Часть III

 

3.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 к возвышению не совпадают более чем на 10 м.  реализуемые скорости на 10-15% отличаются  от максимальных, установленных дорожным приказом, или от ранее принятых при расчете возвышения,  в том числе и из-за введения  длительных ограничений скорости, а также в кривых на участках запланированных капитальных работ.

          Величина  возвышения в круговой кривой  определяется начальником дистанции пути и утверждается начальником железной дороги.

          Величина  возвышения в кривой,  мм, определяется  по следующим формулам:

для пассажирского поезда

hр пас= 12,5 (V2max пас/R) – 115   (1)

для грузового поезда

 hр гр= 12,5 (V2max 2p/R) – 50      (2)      

для потока поездов

hр пот= 12,5 (V2пр/R)                (3)

где V2max пас и V2max гр максимальные скорости, км/ч. соответственно пассажирского и грузового поезда, установленные в кривой по приказу Начальника дороги:

Vпр - приведенная скорость поездопотока км/ч;

R - радиус круговой кривой, м.

 

Таким образом,

hр пас= 12,5(952 /1300)-115= - 28,22 мм=0 мм

hр гр= 12,5 (742/1300)-50= 2,65 мм = 5 мм        

hр пот= 12,5 (552/1300) = 29,08 =30мм

          Из полученных величин возвышения принимается большее и округляется до значения, кратного 5мм., т.е. принимаем возвышение 30 мм.

          3.2. Расчет основных элементов для разбивки переходной кривой.

 

          Длина  переходной кривой  l0 зависит от принятого уклона отвода возвышения i, скорости движения, допустимой 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 нарастания непогашенных  поперечных  ускорений y, величины непогашенных ускорений aНП приводятся в  нормативных  документах [3-5].

В курсовом проекте допускается применять следующие  нормативы:  i=0,001; aНП=0,7м/с2; y = 0,6 м/с3, .скорость  подъема колеса по наружному рельсу - 28 мм/с = 1/10 км/ч.

Из условия непревышения допустимого i уклона отвода возвышения наружного рельса

l01=h0/i

При скорости  подъема колеса по наружному рельсу 28 мм/с =1/10 км/ч h0/l0=1/(10Vmax).

Отсюда

l02=10h0 Vmax

При  y = 0,4 м/с3:

l03= aНПVmax/(3,6y)

Наибольшая из l01, l02 и l03 длина переходной кривой  сравнивается со значением длины переходной кривой l’0, устанавливаемой СТНЦ-01-95 в зависимости от заданной величины радиуса R, категории линии и зоны скорости.

На новых скоростных железных дорогах, а также линиях I и II категорий длины переходных кривых l определяются из условия (3)

[3]:

l’0 ³ hVmax/100

где Vmax- скорость движения, км/ч, наиболее быстроходного поезда в данной кривой;

h - возвышение наружного рельса, мм.

В трудных и особо трудных условиях, а также при проектировании дополнительных главных путей и усиления (реконструкции) существующих линий допускается принимать [3]

l’0 ³ hVmax/125

На особогрузонапряженных линиях, а также линиях III и IV категорий длину переходных кривых следует устанавливать по табл. 6. (см. методичку (выписка, из табл.6 СТН Ц-01-95)).

Наибольшую из длин l01, l02, l03 и l’0 принимаем за окончательное значение длины переходной кривой - l0. Затем устанавливается новое значение крутизны отвода возвышения наружного рельса i0=h0/l0, где   h0 - величина рассчитанного в разделе 1 возвышения наружного рельса, мм;  l0-окончательное значение длины переходной кривой, м.

i0=h0/l0

          Подсчитывается  параметр кривой

C = R l0.

 

         После установления  длины переходной кривой определяются необходимые величины для разбивки переходной кривой (рис.2):

          Величина  сдвижки p круговой кривой к центру:

          расстояние m от тангенсного столбика сдвинутой круговой кривой до начала переходной кривой по формуле:

        

значение абсциссы X0 и ординаты Y0 для конца переходной кривой по формулам:

 

 

 Подсчет промежуточных  ординат для X=10 и 20 м производим по формуле:

 

 

 Полная длина кривой определяется  следующим образом:

K=2l0+R(α-2φ), где φ = l0/2*R

 

                           3.3. Определение ширины колеи в кривой.

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

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 колеи должна быть больше минимально допустимой Smin.

Оптимальная ширина рельсовой колеи Sопт на кривой радиусом R из условия вписывания тележки с трехосной жесткой базой L0 определится следующим образом (см.рис3).

Обозначим: K=(T+2q+2m) - ширина колесной колеи,

где Т - насадка колес, мм;

q – толщина гребня колеса, мм;

m - утолщение гребня выше расчетной плоскости, равное для вагонных колес 1 мм, для локомотивных колес 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

                       Расчетные схемы вписывания трехосной жесткой базы:

 

 

 

 

 

 

 

Рис.1 Расчетные схемы вписывания трехосной жесткой базы

 

       Условные обозначения  к рис.1:

        O – центр вращения экипажа до геометрической оси первого колеса (в данном случае l=L0).

          b1 – расстояние от геометрической оси первой колесной пары до точки касания гребня колеса с рельсом;

          fН – стрела изгиба наружного рельса (при хорде АВ)

       h – сумма поперечных разбегов колесных пар заднего экипажа.

       

 

 Поскольку экипажем, требующим  наибольшей ширины колеи, будет  тот, который имеет Kmax, а допуск на сужение равен 4 мм, то