82365

Проектирование и расчеты верхнего строения пути

Курсовая

Логистика и транспорт

Железнодорожный транспорт России имеет исключительно важное значение в жизнеобеспечении многоотраслевой экономики и реализации социально значимых услуг по перевозке пассажиров. На его долю приходится более 75% грузооборота и 40% пассажирооборота, выполняемых транспортом общего пользования.

Русский

2015-02-27

534 KB

5 чел.

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Московский государственный университет путей сообщения

(Нижегородский филиал)

Факультет: «Транспортные сооружения и здания»

Кафедра: «Строительство железных дорог, путь и путевое хозяйство»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Дисциплина: «Железнодорожный путь»

Тема: «Проектирование и расчеты верхнего строения пути»                                              

                                                              Выполнил: студент 5 курса

                                        Агалаков.А.С.

                                                     Шифр: 1060-Ц/С-3233

                                                                     Проверил: Абдурашитов. А.Ю.  

Нижний Новгород

2015 год

Содержание

  1.  Введение

2

2. Исходные данные

5

3. Определение класса железнодорожного пути, конструкции, типа и характеристик верхнего строения пути

6

4. Определение условий укладки бесстыкового пути

10

4.1. Расчет повышений и понижений температуры рельсовых плетей, допускаемых по условиям их прочности и устойчивости

11

4.2. Расчет интервалов закрепления плетей

13

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

13

4.4. Проверка возможности укладки бесстыкового пути с железобетонными шпалами в соответствии с исходными данными, расчет интервала

15

4.5. Расчет параметров для принудительного ввода плетей в оптимальную температуру закрепления в соответствии с исходными данными

16

4.6.  Диаграмма температурного режима плети

16

5. Расчет рельсовой колеи

18

5.1.  Определение возвышения наружного рельса в кривой

18

5.2. Расчет основных элементов для разбивки переходной кривой

20

5.3. Определение ширины колеи в кривой

24

6. Список использованной литературы

28

1. Введение.

Железнодорожный транспорт России имеет исключительно важное значение в жизнеобеспечении многоотраслевой экономики и реализации социально значимых услуг по перевозке пассажиров. На его долю приходится более 75% грузооборота и 40% пассажирооборота, выполняемых транспортом общего пользования.

В последние годы общий подъем перевозок (отправления) грузов в целом увеличился по транспорту. При этом переход железнодорожного транспорта на новое качество намечен через ресурсосберегающие и информационные технологии.

В отношении технических средств железнодорожного транспорта целью перехода на ресурсосберегающие технологии является экономия трудовых, топливно-энергетических и материальных ресурсов при улучшении качества содержания и ремонта, повышения уровня их технического состояния и надежности.

Одним из важнейших технических средств железнодорожного транспорта является железнодорожный путь. Он состоит из верхнего строения пути и нижнего строения пути. Структура железнодорожного пути представлена на рис.1.

Железнодорожный путь имеет функциональное множественное назначение:

- направлять движение колес подвижного состава (функция верхнего строения пути);

- обеспечивать пространственную (в вертикальной и горизонтальной плоскостях) устойчивость рельсовой колеи (функция верхнего строения пути);

- воспринимать нагрузки от подвижного состава и передавать их на земную поверхность (функция и нижнего и верхнего строения пути);

-выравнивать земную поверхность, обеспечивать необходимый план и профиль рельсовой колеи (функция нижнего строения пути).

От состояния железнодорожного пути зависит непрерывность и безопасность движения поездов, объемы перевозок, а также эффективность использования подвижного состава.

Рис 1.  Структурная схема железнодорожного пути

Основными показателями технического уровня главных путей железных дорог России являются следующие показатели:

- развернутая длина главных путей (125,2 тыс. км);

- средняя грузонапряженность (18,6 млн. ткм брутто/км в год)

- протяженность пути с рельсами Р65 (90% от );

- протяженность пути с термоупрочненными рельсами (76% от );

- протяженность бесстыкового пути (29% от );

- протяженность пути на железобетонных шпалах (32% от);

- число дефектных рельсов в пути (363 тыс. штук);

- число дефектных стрелок (14 тыс. комплектов);

- число дефектных крестовин (13 тыс. штук);

- доля негодных деревянных шпал (10%);

- число неудовлетворительных километров (1723 км);

- средняя балловая оценка пути (80 баллов).

Земляное полотно на всем протяжении сети в основном удовлетворяет требованиям перевозочного процесса, однако, более чем на 11% эксплуатационной длины оно имеет дефекты и деформации, негативно влияющие на перевозочный процесс.

Железнодорожный путь работает в сложных условиях его загружения динамическими поездными нагрузками и непосредственного воздействия на него предсказуемо изменяющихся природных факторов (температуры, атмосферных осадков, ветров и т.д.). Все это необходимо учитывать при проектировании и расчетах.

2. Исходные данные

I. Определение класса железнодорожного пути, конструкции, типа и характеристик верхнего строения пути:

- грузонапряженность                                         - 60 млн. ткм/км брутто в год;

- максимальная скорость движения поездов:

- пассажирских                                                     - 100 км/ч;

- грузовых                                                             - 55 км/ч.

II. Определение условий укладки бесстыкового пути:

- тип рельсов                                                         - Р65;

- род балласта                                                       - асбестовый;

- радиус кривой                                                    - 800 м;

- локомотив                                                           - ВЛ 10

- скорость движения                                             - 80 км/ч;

- температура рельса, наблюдающаяся в данной местности:

- длина плети                                                         - 700 м

III. Расчеты рельсовой колеи:

- радиус кривой                                                      - 800 м;

- максимальная скорость движения поездов по кривой:

- грузовых                                                                - 45 км/ч;

- пассажирских                                                        - 95 км/ч;

- приведенная скорость поездопотока                  - 40 км/ч;

- угол поворота линии                                            - 32º;

- единица подвижного состава                              - ВЛ 60;

- зона скорости                                                        - первая.

3. Определение класса железнодорожного пути, конструкции, типа и характеристик верхнего строения пути

Современная система ведения путевого хозяйства основана на классификации пути в зависимости от грузонапряженности, допускаемых скоростей движения поездов и других факторов, оказывающих влияние на работу пути и его элементов.

Железнодорожный путь классифицируется в зависимости от сочетания пассажирских и грузовых поездов.

По грузонапряженности пути разделяют на 5 групп, обозначаемых буквами (А, Б, В, Г, Д), по допустимой скорости – на 7 категорий (1 – 7).

Принадлежность пути соответствующему классу, группе, категории обозначается сочетанием буквы и цифр. Например, 1Б2 означает, что путь принадлежит 1 классу, входит в группу Б и категорию 2.

Классификация железнодорожного пути приведена в табл. 2.1. Примечания к таблице 2.1:

1. При определении класса пути необходимо учитывать следующие дополнения: путь должен быть не ниже: I класса при количестве пассажирских и пригородных поездов с максимальными скоростями движения 80 км/ч и более – более 100 поездов в сутки; II класса – 31 – 100 поездов в сутки; III – класса – 6 - 30 поездов в сутки. При скорости менее 80 км/ч класс пути, кроме III, понижается на одну ступень.

2. На участках со сложным планом пути, на которых протяженность кривых с радиусом менее 350 м составила более 20% всего протяжения, или протяженность всех кривых - более 40%, при прочих равных условиях класс пути повышается на один класс.

3. При совпадении условий по п.1 и п.2 класс пути повышается только один раз.

4. Приемоотправочные и другие станционные пути, предназначенные для безостановочного пропуска поездов со скоростями 40 км/ч и более, относятся к 3 классу; не предназначенные для безостановочного пропуска поездов при установленных скоростях 40 км/ч относятся к 4 классу. Остальные приемоотправочные, станционные, подъездные и прочие пути относятся к 5 классу.

5. Пути сортировочных горок классифицируются в зависимости от объемов среднесуточной переработки вагонов: большой и повышенной мощности со среднесуточной переработкой 3500 вагонов и выше или при числе путей в сортировочном парке 30 и более – относятся ко 2 классу; средней мощности со среднесуточной переработкой от 1500 до 3500 вагонов или при числе путей в сортировочном парке от 17 до 29 – относятся к 3 классу; малой мощности со среднесуточной переработкой от 250 до 1500  вагонов или при числе путей в сортировочном парке до 16 включительно – относятся к 4 классу.

6. Путям на линиях, входящих в основные пассажирские и грузовые направления перечень утвержден распоряжением МПС России от 19.09.2003 г. № 157у «Об утверждении перечня основных направлений сети железных дорог России», присваивается класс пути не ниже второго.

7. Класс стрелочного съезда определяется по большему из классов соединяемых путей.

8. Скорости рефрижераторных и пригородных поездов при назначении категории пути рассматриваются как скорости пассажирских поездов.

9. Категория пути определяется по наибольшей для данной категории скорости пассажирского или грузового поезда (Например, при скорости пассажирских поездов 100 км/ч, грузовых – 90 км/ч – 2 категория; при скорости пассажирских поездов 140 км/ч, грузовых – 80 км/ч – 1 категория).

10. При значениях грузонапряженности, не входящих в интервал (5,1-5,9; 10,1-10,9; 25,1-25,9; 50,1-50,9 млн. ткм брутто/км в год) применяется метод округления до целых значений. (Например, если Г≤5,5 млн. ткм брутто/км в год, то путь относится к группе Е, а если Г>5,5 млн. ткм брутто/км в год – к группе Д).

11. В случае дополнительного повышения (по сравнению с сочетанием группы и категории) класса пути в связи с особыми условиями эксплуатации приоритетным для принятия тех или иных решений (периодичности, категории назначения ремонта и др.) является значение класса пути, затем учитывается категория и группа пути по фактическим параметрам условий эксплуатации.

Пути, предназначенные для движения подвижного состава с опасными грузами, не должны быть ниже 4 класса.

Главные пути, где установлены скорости движения пассажирских поездов более 140 км/ч, относятся к внеклассовым путям.

В зависимости от класса пути устанавливаются технические условия и нормативы на укладку и ремонт пути.

Предусмотрены две конструкции верхнего строения пути:

- бесстыковой путь на железобетонных шпалах;

- звеньевой путь на деревянных шпалах.

При этом в регионах, где позволяют климатические условия, на путях 1 – 4 классов рекомендуется применять бесстыковой путь, а на путях 5 класса - звеньевой путь на железобетонных шпалах.

Табл. 2.1. – Классы железнодорожного пути.

┌──────┬─────────┬────────────────────────────────────────────────────────────┐

│Группа│Грузона- │   Категории пути - допускаемые скорости движения поездов   │

│ пути │пряжен-  │     (числитель - пассажирские, знаменатель - грузовые)     │

│      │ность    ├─────────┬─────────┬─────────┬────────┬───────┬───────┬─────┤

│      │млн. т км│    С    │    1    │    2    │   3    │   4   │   5   │  6  │

│      │брутто/  ├─────────┼─────────┼─────────┼────────┼───────┼───────┼─────┤

│      │км в год │141 - 200│121 - 140│101 - 120│81 - 100│61 - 80│41 - 60│40 и │

│      │         │---------│---------│---------│--------│-------│-------│менее│

│      │         │ до 140  │ до 100  │  до 90  │ до 80  │ до 60 │ до 60 │     │

│      │         ├─────────┴─────────┴─────────┴────────┴───────┴───────┴─────┤

│      │         │                        Главные пути                        │

├──────┼─────────┼─────────┬─────────┬─────────┬────────┬───────┬───────┬─────┤

│А     │Более 80 │1        │1        │1        │1       │2      │2      │3    │

├──────┼─────────┼─────────┼─────────┼─────────┼────────┼───────┼───────┼─────┤

│Б     │51 - 80  │1        │1        │1        │2       │2      │3      │3    │

├──────┼─────────┼─────────┼─────────┼─────────┼────────┼───────┼───────┼─────┤

│В     │26 - 50  │1        │1        │2        │2       │3      │3      │4    │

├──────┼─────────┼─────────┼─────────┼─────────┼────────┼───────┼───────┼─────┤

│Г     │11 - 25  │1        │1        │2        │3       │3      │4      │4    │

├──────┼─────────┼─────────┼─────────┼─────────┼────────┼───────┼───────┼─────┤

│Д     │6 - 10   │1        │2        │3        │4       │4      │4      │4    │

├──────┼─────────┼─────────┼─────────┼─────────┼────────┼───────┼───────┼─────┤

│Е     │5 и менее│-        │-        │-        │4       │4      │5      │5    │

└──────┴─────────┴─────────┴─────────┴─────────┴────────┴───────┴───────┴─────┘

В зависимости от класса устанавливают типы и характеристики верхнего строения пути (табл. 4.1).

Примечания к табл. 4.1:

1. На путях 1 и 2 класса применение звеньевого пути на деревянных шпалах согласовывается с Управлением пути и сооружений Центральной дирекции инфраструктуры ОАО «РЖД» на основании технико-экономического обоснования. При этом допускается укладка только новых деревянных шпал 1 типа с толщиной слоя щебня под подошвой шпал – 35 см.

2. На путях 1ГС и 1ДС по согласованию с управлением пути и сооружений Центральной дирекции инфраструктуры ОАО «РЖД» допускается укладка новых термоупрочненных рельсов Р65 категории Т1.

3. По согласованию с Управлением пути и сооружений Центральной дирекции инфраструктуры допускается укладка скрепления КБ.

4. На станциях при пропуске скоростных поездов со скоростью 60 км/ч и менее, а также на других с разрешения Управления пути и сооружений Центральной дирекции инфраструктуры ОАО «РЖД», на стрелочных переводах допускается укладка жестких крестовин.

5. На участках укладки пути на деревянных шпалах, а также на специальных стрелочных переводах не массовых конструкциях по согласованию с Управлением пути и сооружений Центральной дирекции инфраструктуры ОАО «РЖД» допускается укладка новых деревянных брусьев.

6. В прямых участках пути толщину балластного слоя под шпалой измеряют:

- на двухпутных участках – под междупутной рельсовой нитью;

- на однопутных участках – под любой рельсовой нитью.

В кривых участках пути толщина балластного слоя измеряется под внутренней рельсовой нитью.

Табл. 4.1.

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐

│                              Классы путей                               │

├────────────────────────────────────────┬────────────────┬───────────────┤

│        1АС, 1БС, 1ВС, 1ГС, 1ДС         │       1        │       2       │

├────────────────────────────────────────┴────────────────┴───────────────┤

│                  1. Конструкция верхнего строения пути                  │

├─────────────────────────────────────────────────────────────────────────┤

│Бесстыковой путь на железобетонных шпалах <1>                            │

├─────────────────────────────────────────────────────────────────────────┤

│             2. Тип и характеристика верхнего строения пути              │

├────────────────────────────────────────┬────────────────────────────────┤

│Рельсы Р65, повышенной прямолинейности, │Рельсы Р65, новые, термоупроч-  │

│новые, термоупрочненные, категории В <2>│ненные, категории В, Т1         │

├────────────────────────────────────────┴────────────────────────────────┤

│Скрепления новые, с упругой клеммой <3>                                  │

├─────────────────────────────────────────────────────────────────────────┤

│Шпалы железобетонные, новые, I сорта                                     │

├─────────────────────────────────────────────────────────────────────────┤

│Эпюра шпал в прямых 1840 шт /км (в кривых радиусом 1200 м и менее - 2000 │

│шт /км)                                                                  │

├─────────────────────────────────────────────────────────────────────────┤

│Балласт - щебень И1 и У75 с толщиной слоя под железобетонными шпалами -  │

│40 см                                                                    │

├─────────────────────────────────────────────────────────────────────────┤

│Размеры балластной призмы в соответствии с типовыми поперечными профилями│

├─────────────────────────────────────────────────────────────────────────┤

│               3. Конструкции и типы стрелочных переводов                │

├────────────────────────────────────────┬────────────────────────────────┤

│Р65 марки не круче 1/11 с гибкими       │Р65 новые, марки 1/11, 1/9,     │

│остряками и крестовиной с непрерывной   │рельсовые элементы закаленные.  │

│поверхностью катания <4>, новые.        │Брусья железобетонные, новые <5>

│Брусья железобетонные, новые <5>        │                                │

├────────────────────────────────────────┴────────────────────────────────┤

│             4. Земляное полотно и искусственные сооружения              │

├─────────────────────────────────────────────────────────────────────────┤

│Земляное полотно, искусственные сооружения и их обустройства должны      │

│удовлетворять максимальным допускаемым осевым нагрузкам, скоростям       │

│движения поездов и соответствовать требованиям настоящего Положения      │

└─────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘

На путях 1 и 2 класса укладывают рельсы Р65 (новые, термоупрочненные, 1 группы, 1 класса), новые скрепления, шпалы новые (деревянные пропитанные, 1 группы или железобетонные).

Эпюра шпал в прямых и кривых радиусами более 1200 м – 1840 шт/км; в кривых радиусом менее 1200 м – 2000 шт/км.

Балласт щебеночный или асбестовый с толщиной слоя под шпалами: деревянными – 35 см, железобетонными – 40 см. На путях 3 класса укладывают рельсы Р65, новые или старогодные. Скрепления и шпалы – новые или старогодные, отремонтированные в соответствии с Техническими условиями на применение старогодних материалов верхнего строения пути.

Эпюра и группа шпал такие же, как на путях 1 и 2 класса.

Балласт щебеночный или асбестовый с толщиной под шпалами: деревянными – 25 см, железобетонными – 30 см. На путях 4 класса укладывают старогодные рельсы Р65 в соответствии с Техническими условиями на применение старогодних материалов верхнего строения пути.

Скрепления и шпалы старогодние, как правило, отремонтированные. Эпюра шпал такая же, как на путях 1-3 классов. Допускается укладка новых шпал 2 группы, чередование деревянных и железобетонных шпал.

Балласт щебеночный, асбестовый или гравийно-песчанный с толщиной слоя под деревянными шпалами 20 см и под железобетонными – 25см.  На путях 5 класса рельсы, скрепления и шпалы старогодние, всех типов, в том числе непригодные к укладке в пути 3 и 4 классов. Рельсы не легче типа Р43. Допускается чередование старогодних и деревянных шпал по схемам, установленным службой пути дороги, а на путях 4 класса – по схемам, утвержденным МПС РФ.

На путях 5 класса допускается эпюра шпал в прямых 1440 шт/км, а в кривых радиусом менее 650 м – 1600 шт/км.

Толщина балласта под шпалами не менее 15 см. На путях 1А1, 1А2, 1А3, 1Б1, 1Б2, 2Б3 при средних осевых нагрузках более 170 кН могут применяться рельсы Р75, на путях 3 и 4 класса при максимальной осевой нагрузке более 210 кН и устойчивом земляном полотне – новые рельсы Р50.

При проектировании и выборе конструкции пути применяются следующие главные положения:

1. Путь есть единая конструкция, в которой все элементы работают совместно. Изменение в конструкции или в работе каждого из них и пути в целом, во взаимодействии пути и подвижного состава, в расходах по содержанию и ремонту пути и подвижного состава.

2. Конструкция пути, работа пути в целом и каждого его элемента, сроки службы и расходы по содержанию и ремонту определяются объемом и условиями эксплуатационной работы. Местные особенности при этом играют существенную роль.

3. Система организации работ по сооружению и ремонту и механизации путевых работ в ряде случаев влияют на выбор конструкции и её дальнейшее развитие и усовершенствование.

4. Экономическая целесообразность и общегосударственные интересы и задачи определяют окончательный выбор конструкции пути и его элементов, системы организации и механизации работ по сооружению, содержанию, ремонту и усилению пути.

Железнодорожный путь является инженерным сооружением, выполняющим тяжелую работу в трудных условиях.

Согласно исходным данным, определим класс пути, выберем конструкцию пути, тип и характеристику верхнего строения пути.

По табл. 2.1. определим классность железнодорожного пути:

2Б3, класс пути – 2, группа – Б, категория – 2;

рельсы Р65 новые термоупрочненные категории В или Т1;

скрепления - новые с упругой клеммой;

шпалы – железобетонные новые I сорта;

балласт щебень И1 и У75 с толщиной слоя под железобетонными шпалами -40см;

эпюра шпал в прямых 1840 шт/км (в кривых радиусом 1200 м и менее – 2000 шт/км);

размеры балластной призмы в соответствии с типовыми поперечными профилями.

Конструкции и типы стрелочных переводов:

Р65 новые, марки 1/11, 1/9, рельсовые элементы закаленные. Брусья железобетонные новые.

Земляное полотно, искусственные сооружения и их обустройство должны удовлетворять максимальным допускаемым осевым нагрузкам, скоростям движения поездов и соответствовать требованиям Положения о системе ведения путевого хозяйства ОАО «РЖД».

4. Определение условий укладки бесстыкового пути.

Стык рельсов – самое напряженное и слабое место в пути. Назначение бесстыкового пути – ликвидация или сведение к минимуму числа рельсовых стыков. Это одно из наиболее эффективных средств усиления пути.

Установление достоинств бесстыкового пути:

1. Снижение удельного основного сопротивления движению поездов и, в связи с этим, экономии топлива и электроэнергии на тягу;

2. Продление сроков службы верхнего строения пути;

3. Снижение объемов работ по выправке пути;

4. Снижение интенсивности бокового износа наружной рельсовой нити;

5. Сокращение потребности в очистке щебеночного балласта на угольно-рудных маршрутах;

6. Экономия расхода металла на стыковые скрепления;

7. Улучшение условной комфортности проезда пассажиров (плавность хода);

8. Повышение надежности работы электрических рельсовых цепей автоблокировки.

Укладка плетей на мостах еще более эффективна, чем на пути с земляным полотном, в связи с уменьшением динамических напряжений в элементах пролетных строений, расстройств мостовых соединений и затрат на их содержание.

Бесстыковой путь с железобетонными шпалами, имеющий повышенную однородность, равноупругость и стабильность (сопротивляемость внешним воздействиям), наиболее предпочтителен для скоростных магистралей и обычных линий с грузонапряженностью 25-80 млн. т брутто/км в год.

Возможность укладки бесстыкового пути в конкретных условиях устанавливается сравнением допускаемой температурной амплитуды [T] для данных условий с фактически наблюдавшейся в данной местности амплитудой колебаний температуры ТА.

Если по расчету , то бесстыковой путь можно укладывать.

При расчетах прочности и устойчивости пути необходимо знать наивысшую  и наинизшую  температуру рельса. Их определяют как алгебраическую сумму экстремальных температур воздуха и соответствующих разностей температур воздуха и рельса.

Годовая амплитуда температур определяется как алгебраическая разность  и  температур рельса, наблюдавшихся в данной местности:

           (4.1)

Амплитуда допускаемых изменений температур рельсов:

,    (4.2)

где  = 10 ºС – минимальный интервал температур, в котором окончательно закрепляются рельсовые цепи;

- допускаемая температура повышения рельсов по сравнению с температурой их закрепления, определяемая устойчивостью против выброса пути при действии сжимающих сил;

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

4.1. Расчет повышений и понижений температуры рельсовых плетей, допускаемых по условиям их прочности и устойчивости.

Допускаемое повышение температуры рельсовых плетей  устанавливается на основании исследований устойчивости пути.

Для некоторых конструкций пути величины приведены в табл. 4.2:

Тип рельса

Эпюра шпал

Повышение температуры рельсовой плети , ºС, допускаемое по условию устойчивости пути

В прямом участке

В кривом участке радиусом R, м

2000

1200

1000

800

600

Р65

2000

58

53

50

49

47

42

1840

54

50

47

46

44

40

1600

47

43

41

40

38

35

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

,       (4.3)

где  - коэффициент запаса прочности (=1,3 для рельсов первого срока службы; =1,4 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 температурой при его закреплении, МПа;

- допускаемое напряжение (для новых рельсов =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,

                       (4.4)

где -  - коэффициент линейного растяжения;

Е – модуль упругости рельсовой стали ();

- разность между температурой, при которой определяется напряжение, и температурой закрепления плети, ºС.

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

     (4.5)

В табл. 4.2. приведены допускаемые по условию прочности понижения  температуры рельсовых плетей по сравнению с температурой их закрепления для бесстыкового пути с неупрочненными рельсами 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 указанные данные принимают со следующими поправками. При термоупрочненных рельсах первого срока службы значение  увеличивают на 20ºС по сравнению с данными табл. 4.

При старогодних рельсах в главных путях и приемо-отправочных путях сквозного прохода  уменьшают на 5ºС по сравнению с данными табл. 5.1.

   Табл. 5.1

Тип рельса

Скорость, км/ч

Повышение температуры рельсовой плети , ºС, допускаемое по условию устойчивости пути

В прямом участке

В кривом участке радиусом R, м

2000

1200

1000

800

600

Р65

60

92

86

86

83

81

79

80

84

78

78

75

73

71

100

76

70

70

67

65

63

110

73

66

66

63

61

59

4.2. Расчет интервалов закрепления плетей.

Температура, при которой рельсовая плеть была закреплена на шпалах, называется температурой закрепления. Температура, при которой температурные напряжения в рельсовой плети отсутствуют, называется нейтральной.

Для бесстыкового пути введено ограничение допустимых отклонений температуры от нейтральной. Укладка рельсовых плетей и закрепление их на постоянный режим эксплуатации производится в определенном по расчету температурном интервале, при котором обеспечивается необходимая устойчивость рельсошпальной решетки при повышении температуры и целостность рельсовых плетей, а также их стыковых соединений при их понижении.

Расчетный интервал закрепления плетей

     (4.6)

Границы интервала закрепления, т.е. самую низкую  и наибольшую  температуры закрепления, определяют по формулам:

  (4.7), (4.8)

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

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

В случаях необходимости укладки рельсовых плетей при температуре рельсов ниже оптимальной, следует прибегать 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 производилась при температуре ниже 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 и прилагаемого растягивающего усилия N, необходимого для удлинения плети.

       (4.9)

где  L – длинна плети;

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

   (4.10)

При длинах плетей до 1250 м производится растяжение сразу всей плети. При больших длинах плетей или при наличии в пределах участка работ кривых, тем более S – образных, принудительный ввод их в оптимальную температуру производится полуплетями.

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

      (4.11)

где  F – площадь поперечного сечения рельса, см2 (65,99 – для рельса 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 нормативное стыковое сопротивление продольному перемещению рельсов , (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:

                    (4.12)

где  - погонное сопротивление рельсов (при замершем балласте принимается =25 кН/м) или шпал (при незамерзшем балласте =7 кН/м – при неуплотненном балласте и =12 кН/м – при уплотненном) продольному перемещению в пределах анкерного участка.

4.4. Проверка возможности укладки бесстыкового пути с железобетонными шпалами в соответствии с исходными данными, расчет интервала .

1. По формуле (4.1):

.

2. По табл. 4:

в прямом участке  

                                      в кривом участке   .

3. По табл. 5:

в прямом участке    

в кривом участке    .

4. Определим амплитуду допускаемых изменений температур рельсов, по формуле (4.2):

в прямом участке  ;

в кривом участке   .

5. Проверим на условие

, - условие выполняется, значит, укладка бесстыкового пути, как в прямом, так и в кривом участках пути возможна.

6. По формуле (4.6) определим расчетный интервал закрепления плети:

в кривом участке   .

7. По формулам (4.7) и (4.8) определим самую низкую и самую высокую температуры закрепления плети:

в кривом участке   ;

   в кривом участке   .

4.5. Расчет параметров для принудительного ввода плетей в оптимальную температуру закрепления.

1.  По формуле (4.10) определим перепад между фактической температурой закрепления и планируемой температурой закрепления:

2.  Определим изменение длины плети по формуле (4.9):

3.  По формуле (4.11) определим усилия для создания расчетных удлинений в плетях:

4.6. Диаграмма температурного режима плети для кривого участка.

  

5. Расчет рельсовой колеи

Рельсовая колея характеризуется своей шириной, положением рельсовых нитей по уровню и под уклоном рельсов. Параметры рельсовой колеи должны быть такими, чтобы обеспечивать безопасное движение экипажей и минимизировать их воздействие на путь. Поэтому размеры рельсовой колеи определяются во взаимосвязи с ходовыми частями подвижного состава, а допуски содержания - безопасностью движения и технико-экономическими условиями эксплуатации пути.

5.1. Определение возвышения наружного рельса в кривой.

При проходе подвижного состава по кривому участку возникает центробежная сила, стремящаяся опрокинуть экипаж наружу кривой. Опрокидывание может произойти в исключительных случаях. Однако центробежная сила неблагоприятно действует на пассажиров, вызывает перераспределение вертикальных давлений на рельсы обеих нитей и перегруз наружной нити. Центробежная сила вызывает так же дополнительное воздействие на путь при вписывании экипажа в кривую. Это влечет за собой усиленный износ рельсов наружной нити.

Кроме того, большие поперечные силы вызывают раскантовкой рельсов, уширение рельсовой колеи, расстройство положения пути в плане.

Во избежание указанных явлений устраивают возвышение наружной рельсовой нити над внутренней. Появляющиеся горизонтальные составляющие веса экипажей за счет наклона полотна железнодорожного пути нейтрализуют негативные последствия действия центробежных сил в кривых.

Величина возвышения определяется исходя из двух требований:

1) обеспечения одинакового вертикального износа обоих рельсов в кривых, характеризуемого одинаковым давлением колес на наружную и внутреннюю рельсовые нити;

2) обеспечение комфортабельности езды пассажиров, характеризуемой допускаемым непогашенным ускорением.

Возвышение устраивается в кривых участках пути радиусом 4000 м  и менее. Максимальная величина возвышения не должна быть более 150 мм. Перерасчету подлежат возвышения:

- в кривых, где наблюдается повышенный износ рельсов по одной нити;

- интенсивное расстройство по ширине колеи и направлению в плане;

- допускаемые скорости по возвышению и его отводу не соответствуют друг другу;

- начало и конец отводов по крутизне и возвышению на 10-15 % отличаются от максимальных, установленных дорожным приказом, или от ранее принятых при расчете возвышения, в т. ч. из-за введения длительных ограничений скоростей;

- а также в кривых и на участках запланированных капитальных работ.

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

Величина возвышения в кривой определяется по следующим формулам, мм:

 

для пассажирского поезда:

       (5.1)

для грузового поезда

           (5.2)

для потока поездов

                     (5.3)

где  и  - максимальные скорости, км/ч соответственно пассажирского и грузового поезда, установленные в кривой по приказу начальника дороги;

- приведенная скорость поездопотока, км/ч;

R – радиус кривой, м.

Из полученных величин возвышения принимается большее и округляется до значения, кратного 5 мм.

Точное значение приведенной скорости поездопотока для расчета возвышения по формуле (5.3) определяются по формуле:

     (5.4)

где n – число поездов, отобранных из общего поездопотока для определения приведенной скорости потока;

- масса 1-го поезда;

- фактическая скорость движения i – го поезда.

На перегонах без резких переломов профиля допускается определение  по формуле:

                                       (5.5)

где К – коэффициент перехода к приведенной скорости от скоростей, взятых по режимным картам вождения поездов или полученным по тяговым расчетам;

и  - ходовые скорости пассажирских и грузовых поездов;

 и  - годовые грузонапряженности брутто в пассажирском и грузовом движении по отчетным данным.

Коэффициент К определяется для одной-двух кривых участка сравнения скоростей по скоростемерным лентам и соответственно по режимным картам или тяговым расчетам. Для среднесетевых условий коэффициент перехода к режимным картам составляет 0,92, а к тяговым расчетам – 0,85.

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

Проверку производят по формуле:

    (5.6)

Рекомендуемое значение расчетной минимальной скорости грузовых поездов . Если , то должен быть проверен уровень реализуемых максимальных грузовых и пассажирских поездов в кривой, что может быть сделано по специальной методике, утвержденной МПС, с учетом закладываемых в график движения резервов времени хода по участку пути. 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, рекомендуются для компенсации действия продольных сжимающих сил увеличивать полученное расчетом возвышение на величину до 20%, а в кривых, расположенных на руководящих подъемах и близких к ним, для компенсации продольных растягивающих сил уменьшать полученное расчетом возвышение до 15%. При этом должны соблюдаться нормативы по предельным непогашенным ускорениям. 

Расчет возвышения наружного рельса согласно исходным данным.

для пассажирского поезда:


для грузового поезда:

для потока поездов:

Принимаем h = 25мм.

Проведем проверку непогашенного ускорения

.

5.2. Расчет основных элементов для разбивки переходной кривой.

Переходные кривые обеспечивают плавный переход подвижного состава из прямой в круговую кривую или из круговой кривой одного радиуса с одним возвышением в кривую другого радиуса с другим возвышением наружного рельса.

В пределах переходной кривой плавно нарастает кривизна K=1/ρ пути за счет изменения переменного радиуса ρ от ρ = ∞ в начале переходной кривой (НПК) до ρ = R в конце переходной кривой (КПК). В пределах ПК плавно увеличивается возвышение наружного рельса от 0 в НПК до h в КПК; делается отвод уширения колеи, если последнее имеется в круговой кривой.

Основные требования к устройству и содержанию ПК сводятся к тому, чтобы появляющиеся, развивающиеся и исчезающие силовые факторы (ускорения, силы, моменты) в пределах длины ПК изменялись постепенно и монотонно, а в начале и конце ПК они были равны нулю.

Длины переходных кривых определяются рядом условий, которые можно разделить на три группы.

Первая группа, связанная с отводом возвышения наружного рельса в пределах переходной кривой, включает следующие условия:

- предотвращение схода колес с рельсов внутренней нити;

- ограничение вертикальной составляющей вертикальной скорости подъема колеса на возвышение;

- ограничение скорости нарастания непогашенной части центробежного ускорения.

Вторая группа условий связана с наличием зазоров между гребнями колес и рельсовыми нитями и потерей кинетической энергии при ударе колеса первой оси о рельс наружной нити.

Третья группа связана с необходимостью обеспечения практической возможности разбивки на местности переходной кривой и дальнейшего исправного ее содержания, для чего ее геометрические размеры должны быть достаточными.

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

Допускаемое в различных эксплуатационных условиях значения отвода возвышения i, скорости подъема колеса по наружному рельсу, величины нарастания непогашенных поперечных ускорений ψ, величины непогашенных ускорений  приводятся в нормативных документах.

В данном курсовом проекте допускается применять следующие нормативы: , скорость подъема колеса по наружному рельсу – 28 мм/с = 1/10 км/ч.

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

     (5.7)

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

  (5.8)

При

   (5.9)

Наибольшая из  длина переходной кривой сравнивается со значением длины переходной кривой , 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 определяются из условия:

,       (5.10)

где - 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 главных путей и усиления (реконструкции) существующих линий допускается принимать:

     (5.11)

На особо грузонапряженных линиях, а также линиях III и IV категорий длину переходных кривых следует устанавливать по табл. 6 (выписка из табл. 6 СТНЦ-01-95)

Наибольшая из длин  принимается за окончательное значение длины переходной кривой . Затем устанавливается новое значение крутизны отвода возвышения наружного рельса:

,      (5.12)

где  - величина рассчитанного в разделе 1 возвышения наружного рельса, мм;

- окончательное значение длины переходной кривой, м.

Подсчитывается параметр кривой:

.       (5.13)

После установления длины переходной кривой определяются необходимые величины для разбивки переходной кривой.

Величина сдвижки р круговой кривой к центру:

      (5.14)

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

    (5.15)

значение абсциссы и ординаты  для конца переходной кривой по формулам:

      (5.16 – 5.17)

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

.      (5.18)

Полная длина кривой определяется следующим образом:

       (5.19 – 5.20)

Произведем расчет основных элементов для разбивки переходной кривой согласно исходным данным

Определим длины переходных кривых:

1).   

2).   

3).   

4).   

5).   

Принимаем

Определим значение крутизны отвода возвышения наружного рельса:

6).   

Определим параметр кривой:

7).   

Величина сдвижки круговой кривой к центру будет равна:

8).   

Определим расстояние от тангенсного столбика сдвинутой круговой кривой до начала переходной кривой:

9).   

Определим значение абсциссы и ординаты:

10).  

11).  

12).  

13).  

Определим полную длину кривой:

14).   

15).  

5.3. Определение ширины рельсовой колеи в кривой.

Согласно III части исходных данных данного курсового проекта необходимо определить для заданного экипажа оптимальную и минимальную допустимую ширину колеи в кривой радиуса R.

Ширина колеи в 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 .

Оптимальная ширина рельсовой колеи  на кривой радиусом R из условия вписывания тележки с трехосной жесткой базой  определится следующим образом:

 

Обозначения:

0 – центр вращения экипажа; - расстояние от центра вращения экипажа до геометрической оси первого колеса (в данном случае = L); b1 – расстояние от геометрической оси первой колесной пары до точки касания гребня колеса с рельсом; fн – стрела изгиба наружного рельса (при хорде АВ);  - сумма поперечных разбегов соответствующих колесных пар заданного экипажа

Обозначим ширину колесной колеи:

где Т – насадка колес, мм;

q – толщина гребня колеса, мм;

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

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

где 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  за расчетную принимается схема заклиненного вписывания экипажа, при которой наружные колеса крайних осей жесткой базы ребордами упираются в наружный рельс кривой, а внутренние колеса средней оси – в рельс внутренней нити.

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

Необходимые для расчета величины приведены в нижеследующих таблицах.

Размеры колесных пар подвижного состава

Скорость движения, км/ч

Наименование колес

q + µ,

мм

Т, мм

К, мм

δ, мм

До 120

121 – 140

Локомотивные

Вагонные

Локомотивные

Вагонные

33/25

34/26

33/28

34/29

1443/1437

1443/1437

1443/1439

1443/1439

1509/1487
1511/1489

1509/1495

1511/1497

39/7

37/5

31/7

29/5

Расчетные параметры локомотивов и вагонов

Единица подвижного состава

База тележки,

L0, мм

Разбеги

, мм

Радиус колеса

r, мм

ВЛ 23

ВЛ 60

ЧС 4

ТЭ3

2ТЭ10Л

Тележка ЦНИИ-Х3

Тележка ЦМВ

Тележка КВЗ

4400

4600

4600

4200

4200

1850

2700

2400

6

17

10

12

12

0

0

0

600

625

625

525

525

475

475

475

Произведем расчет ширины колеи в кривой согласно исходным данным:

Из таблиц имеем:  

1).   

2).   

3).   

4).   

5).   

6).   

7).   

8).   .

Согласно ПТЭ в кривой R = 1200 м устанавливается ширина колеи 1520 мм.

Список  использованной   литературы.

  1.  Строительные   нормы  и правила  Российской   Федерации.  Железные   дороги колеи 1520 мм. СНиП 32-01-95. Минстрой России, 2005.
  2.  Железные дороги колеи 1520 мм. СТН Ц-01-95. – М.: Министерство  путей сообщения Российской Федерации, 2005.
  3.  Положение о системе ведения путевого хозяйства на железных дорогах Российской Федерации. – М.: МПС РФ, 2012.
  4.  Технические указания по устройству, укладке, содержанию и ремонту бесстыкового пути. – М.: Транспорт, № 2788р от 29 декабря 2012 г.
  5.  Чернимов М.А., Крейнис З.Л. Железнодорожный путь. – М.: Транспорт, 2005.
  6.  Крейнис З.Л. Современные конструкции верхнего строения пути. Уч. пособие. Часть I. – М.: РГОТУПС, 1997. Часть II. – М.: РГОТУПС, 2008.
  7.  Железнодорожный  путь /Т.Г. Яковлева, Н.И. Карпущенко и др. М.: Транспорт, 2011. 223 с.
  8.  Железнодорожный  путь. Уч. пособие 25/13/2 с методическими указаниями, 2-е издание. Москва – 2012.

 


Железнодорожный путь

Верхнее строение пути

Нижнее строение пути

Линейные конструкции

Стрелочные переводы

Глухие пересечения

Уравнительные приборы

Земляное полотно

Мосты, эстакада

Тоннели

Рельсы

Насыпи

Скрепления (промежуточные, стыковые)

Противоугоны

Подрельсовые основания (шпалы, брусья, блоки)

Балластный слой

Песчаная подушка

Выемки

Полунасыпи

Полувыемки

Полунасыпи - полувыемки

0

t

tmaxmax=60ºС

max tз=27ºС

min tз=13ºС

tminmin= -42ºС

b1

Направление движения

0

R

L0

B



I

II

III

Sопт

M

F

fн

0

А

К

R

L0

A

B

fн

I

II

III

K

Smin

0


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

62291. Содержание и структура урока физической культуры в общеобразовательной школе 25.72 KB
  В практике работы общеобразовательных школ довольно часто говорят о содержании урока. Вместе с тем в работах посвященных теории урока данное понятие не выделено в качестве аспекта заслуживающего специального внимания и анализа.
62297. Дизайн веб-сайта в Фотошоп 2.62 MB
  В этом уроке мы будем использовать Adobe Photoshop для разработки веб-интерфейса, который может быть использован для любого мобильного сайта. Мы будем использовать различные методы, включая формы, маски, иконки, шрифты...