Проектирование рельсовой колеи и стрелочного перевода

Московский Государственный Университет  Путей Сообщения (МИИТ)

Институт Пути, Строительства и  Сооружений

 

Кафедра «Путь и путевое хозяйство»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовой проект

«Проектирование рельсовой  колеи и стрелочного перевода»

 

по дисциплине «железнодорожный путь»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                               Выполнил: студент гр.СЖД-312

                                                                                                                  Крикун А.В.

 

 

                                                                                               Проверил: Журавлёв А.С. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Москва 2007 г.

 

 

 

 

Содержание:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

         Железнодорожный путь представляет собой сложное инженерное сооружение, предназначенное для движения подвижного состава. Техническое состояние пути должно соответствовать заданным скоростям и размерам движения.

         По состоянию  на 1 января 2006г. Длина железнодорожных путей сети железных дорог в РФ составляет 86 тыс. км, развёрнутая длина 185 457 км, в том числе главных путей 123 581 км, станционных – 51 041 км и подъездных – 10 835 км .

          Суммарно  развёрнутая длина путей за 2005 г. в целом по сети дорог уменьшилась на 208 км. Сокращение произошло за счёт станционных (-228 км), подъездных путей (-246 км) при увеличении протяжённости главных путей (+265 км).

         Железнодорожный  путь состоит из:

1. Верхнего строения пути (ВСП), к которому относится рельсошпальная решётка, стрелочные переводы (СП).
2. Нижнего строение пути (НСП), к которому относится земляное полотно в виде насыпей и выемок с водоотводами и другими обустройствами, и искусственные сооружения: мосты, тоннели, водопропускные трубы и др.

         Данный курсовой проект состоит из двух частей: в первой части предстоит запроектировать обыкновенный одиночный стрелочный перевод; во второй части необходимо рассчитать параметры рельсовой колеи.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ  РЕЛЬСОВОЙ КОЛЕИ

1.1 УСТРОЙСТВО РЕЛЬСОВОЙ КОЛЕИ. ШИРИНА КОЛЕИ В ПРЯМЫХ И КРИВЫХ.

        Рельсовая  колея характеризуется шириной  S, положением рельсовых нитей по уровню и подуклонкой рельсов, обусловленной коничностью 1:20 колес подвижного состава. Ширина колеи S тесно связана с размерными параметрами колесной пары

(рис.3.1)

Рис. 1.1

 

 

На прямых участках всегда имеется  свободный зазор  между внутренними гранями головок рельсов и гребнями колес подвижного состава, благодаря чему обеспечивается свободный проход подвижного состава при минимуме сил взаимодействия колеса и рельса.

     Размеры ширины колеи  S, насадки колес Т и толщины гребня h с учетом допусков и износа колес установлены Правилами технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации .

     Шириной колесной  колеи q называют расстояние между рабочими гранями гребней (реборд) колес в расчетной плоскости.Последняя расположена на 13 мм ниже средних кругов катания (для неизношенных колес и рельсов). Здесь же измеряется и ширина колеи S.

Из данных рис. 3.1 видно, что

                                                                                                 (1.1)

гдe - утолщение гребня выше расчетной плоскости, равное для вагонных колес 1 мм. Для локомотивных колес оно отсутствует ( = 0).

     Согласно ПТЭ  для  локомотивов и вагонов, обращающихся  со скоростью до 120 км/ч включительно, Т = 1440 ± 3 мм; h_max = 33 мм и h_min = 25 мм. При скоростях от 120 до 140 км/ч Т = 1440 мм с допусками +3, -1 мм и h_min= 28 мм.

      Ширина колеи S в прямых установлена [1] равной 1520 мм с допуском по уширению +8 мм и по сужению -4 мм, а на участках, где ограничена скорость движения 50 км/ч и менее - по уширению + 10 мм, а по сужению – 4 мм. 

      С учетом норм  и допусков параметры колесных  пар и рельсовой колеи на прямых в соответствии с формулой (3.1) представлены в табл. 3.1.

Ширина колеи менее 1512 и более 1548 мм не допускается.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1.1      

Размеры колесных пар  и рельсовой колеи на прямых, мм

 

		Вагонные колеса		Локомотивные колеса
Параметры колесных пар и		при скоростях, км/ч,		при скоростях, км/ч
рельсовой колеи		До 120	От 120	До 120	От 120
			до 140		до 140
Насадка Т	макс.	1443	1443	1443	1443
	норм.	1440	1440	1440	1440
	мин.	1437	1439	1437	1439
Толщина гребня h	макс.	33	33	33	33
	норм.	33	33	33	33
	мин.	25	28	25	28
Ширина колесной	макс.	1511	1511	1509	1509
пары q	норм.	1508	1508	1506	1506
	мин.	1489	1497	1487	1495

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                   

Окончание mаблицы  1.1

 

Параметры колесных пар и рельсовой  колеи		Вагонные колеса при скоростях, км/ч		Локомотивные колеса при скоростях,км/ч
			От 120		От 120
		До 120	до 140	До 120	до 140
ширина рельсовой	макс.	1528	1528	1528	1528
колеи S	норм.	1520	1520	1520	1520
	мин.	1516	1516	1516	1516
суммарный зазор	макс.	39	31	41	33
	норм.	12	12	14	14
	мин.	5	5	7	7

 

   В пути номинальная ширина  рельсовой колеи измеряется на уровне 13 мм от

поверхности катания колеса по рельсу.

Следует отметить, что до 1970 г. нормальная ширина колеи в прямых была 1524 мм (5 футов). При этом суммарная ширина зазоров оказывалась на 4 мм больше величин, приведенных в табл. 3.1. В связи с переходом на ширину S = 1520 мм уменьшился зазор О, что обеспечило существенное снижение горизонтальных поперечных сил, возникающих при виляющем движении экипажей на прямых, и ударов гребней колес о рельсы при входе в кривые. Тем самым достигнуто снижение расстройства пути.

При движении экипажа по кривой появляется центробежная сила. Эта сила создает  дополнительное давление колес на наружную рельсовую нить, в связи с чем рельсы на ней изнашиваются быстрее, возникают отбои нитей, увеличивается напряжение в рельсах, пассажиры испытывают неприятные ощущения. Кроме того, в кривых затрудняется проследование ходовых частей экипажей.

С целью нейтрализации вредного влияния центробежной силы на путь и на пассажиров наружная рельсовая  нить приподнимается (возвышается) над внутренней, а между прямыми и круговыми кривыми устраиваются переходные кривые.

Для облегчения вписывания тележек  подвижного состава в кривых приходится уширять рельсовую колею (обычно при R < 350 м).

Поскольку внутренняя рельсовая нить оказывается короче наружной, приходится с целью обеспечения расположения рельсовых стыков в одном створе (<<по наугольнику») укладывать по внутренней нити укороченные рельсы.

Все эти особенности устройства рельсовой колеи в кривых зависят  в основном от величины радиуса кривых, а также от скорости движения поездов.

        Ширина рельсовой колеи определяется из условия вписывания тележек

подвижноro состава (жесткой базы) в  кривые соответствующеro радиуса.

    Длиной жесткой  базы L называется расстояние между крайними осями тележки или безтележечного экипажа, остающимися при движении взаимно параллельными.

  Вписыванием подвижного  состава в кривую называется установившееся при движении в кривой положение колесных пар жесткой базы относительно рабочих граней рельсовых нитей, обращаемые в результате взаимодействия между рельсовым путем и ходовыми частями экипажа. В зависимости от длины жесткой базы, радиуса кривой и ширины колеи вписывание может быть свободным, принудительным и заклиненным.

При свободном вписывании наблюдается минимальное силовое взаимодействие ходовых частей подвижного состава и колеи, а следовательно, имеют место наименьшие износы рельсов и колес и затраты энергии на движение. (по этой причине стремятся обеспечить свободное вписывание). 

При заклиненном  вписывании колесные пары жесткой базы тележек не имеют никакой поперечной свободы, вследствие чегo создаются особо неблагоприятные условия взаимодействия подвижноro состава и рельсовой колеи в кривой. В нормальных условиях эксплуатации заклиненнoe вписывание не допускается.

Промежуточное положение жесткой  базы тележки между заклиненным и свободным вписыванием характеризует принудительное вписывание, допускаемое в основном для локомотивов.

Для облегчения вписывания трехосных  тележек экипажей в кривые их колесные пары имеют, как правило, поперечные разбеги (смещения) η относительно жесткой рамы.

 

 

1.2 РАСЧЁТ ВОЗВЫШЕНИЯ НАРУЖНОЙ РЕЛЬСОВОЙ НИТИ В КРИВОЙ.

Перемещение экипажа в кривой складывается из двух движений: поступательного  и вращательного вокруг точки, расположенной на продольной оси экипажа, называемой центром поворота.

Непрерывное вращение экипажа относительно центра поворота происходит под действием сил, возникающих в точках соприкосновения гребней колес направляющих осей с боковой гранью головки рельсов. Это направляющие силы.

Так как любой железнодорожный  экипаж имеет больше одной оси, а  в пределах жесткой базы все они  параллельны между собой и  поворачиваться относительно продольной оси этой базы не могут, то движение, связанное с поворотом экипажа, возможно лишь при скольжении колес по рельсам, что вызывает их повышенный износ.

При непрерывном повороте экипажа  кривой возникает поперечное ускорение

                                                                                    (1.2)

где V – скорость движения;

      R – радиус кривой.

 

Центробежная сила J, равная произведению массы экипажа т на величину ускорения а и направленная в сторону от центра кривой (рис. 3.2), определяется по формуле

                             

                                                                       (1.3)

Эта сила прижимает экипаж к наружной нити, затрудняет его поворот и  тем самым увеличивает направляющую силу и, как следствие, боковой износ наружного рельса.

Центробежная сила как инерционная сила вызывает не только смещение в сторону наружной рельсовой нити, но и крен кузова на рессорах. Вследствие этого смещается центр тяжести подрессорного и надрессорного строений. Поэтому может возникать перегрузка наружной рельсовой нити как от непосредственного действия центробежной силы, создающей опрокидывающийй момент, так и за счет веса экипажа, линия действия которого отклоняется от оси колеи.

 

Рис 1.2 Расчетная схема для определения  возвышения наружного рельса в  кривых: h – возвышение наружного рельса в кривой радиуса R; S0 – расстояние между осями рельсов(1600 мм); G – вес экипажа; J – центробежная сила; N,T – составляющие веса экипажа G; α – угол наклона полотна пути

 

 

При торможении возникают продольные силы, поперечные составляющие которых  также увеличивают направляющие силы.

Для уменьшения центробежной силы и указанных выше неблагоприятных последствий, которые она вызывает, в кривых участках пути устраивают возвышение наружного рельса.

При возвышении наружного рельса центробежная сила уменьшается на величину горизонтальной составляющей веса экипажа, определяемой по формуле:

                                                                                                                            (1.4)

где g – ускорение силы тяжести;

h – возвышение наружного рельса;

S₀ – расстояние между осями рельсовых нитей

( в расчетах обычно  принимают S₀=1,6 м ).

 

Минимум поперечного воздействия на путь в кривой от многих экипажей будет при

                                                                                                        (1.5)