Потапов M.Г. Карьерный транспорт‚. Трасса, план и профиль пути. 7 План пути
 Скачать 6.98 Mb.
|
|
§ 1. Трасса, план и профиль пути План пути Трассой называется линия, определяющая положение оси железнодорожного пути в пространстве. Проекция трассы на горизонтальную плоскость называется планом пути, проекция развернутой трассы на вертикальную плоскость — продольным профилем железнодорожного пути. Направление трассы определяется положением заданных пунктов в карьере и на поверхности. План пути определяется в соответствии с размерами карьерного поля, глубиной карьера и элементами продольного профиля. Трасса в плане имеет простую форму (риса, если на всем протяжении она имеет одно направление. При необходимости преодолевать значительную разность отметок в пределах установленных размеров карьерного поля трассу приходится искусственно развивать. Если протяженность трассы больше длины борта карьера, на котором производится трассирование, возможны два случая) трасса размещается на одном борту карьера, и ее отдельные прямые отрезки соединяются между собой тупиками (рис. 1, б, реже петлями 2) трасса переводится с одного борта карьера на другой, образуя спиральную форму, (рис. 1, в. Рис. 1. Форма трассы железнодорожного пути в плане а — простая б — тупиковая в — спиральная Прямые участки пути в плане соединяются круговыми кривыми различного радиуса. Элементами кривой являются радиус Р, угол кривой α или У, длина К, тангенс Т. Угол кривой равен углу поворота железнодорожной линии. Длина круговой кривой К определяется по известным величинам радиуса и угла поворота, те. Тангенсом кривой (расстояние от начала или конца кривой до вершины внешнего угла поворота) вычисляется по формуле По условиям движения при трассировании линии желательно применять возможно большие радиусы кривых, так как благодаря этому повышаются скорость движения и плавность хода поездов, снижается износ рельсов и бандажей. Однако большие радиусы кривых в карьерах требуют значительного увеличения объемов горно-капитальных работ, размеров рабочих площадок и часто практически недопустимы. Наименьший радиус кривой назначается в соответствии с типом подвижного состава и на стационарных путях широкой колеи должен быть не менее 200 м. На передвижных путях для движения с нормальной скоростью минимальные радиусы принимаются для электровозов 80—100 м, для тепловозов 150 м. Для смягчения толчков и обеспечения более спокойного хода подвижного состава прямые участки пути с круговыми кривыми соединяют переходными кривыми, радиус которых плавно изменяется от бесконечности до величины радиуса круговой кривой. Профиль пути Железнодорожный путь (в вертикальной плоскости) состоит из горизонтальных участков площадок) и наклонных участков, называемых уклонами. В зависимости от направления движения уклон может быть подъемом или спуском. Величина уклона пути i измеряется в тысячных и. определяется как отношение разности отметок конца и начала участка пути h к горизонтальной проекции этого участка l. Например, если h = 40 мам, величина уклона 040 , 0 1000 Угол α весьма мал, поэтому длину горизонтальной проекции обычно принимают равной длине пути. Кроме обозначения десятичной дробью уклоны обозначаются числом тысячных (промилле. Так, величина 0,040 может быть обозначена 40‰. Для тяговых и эксплуатационных расчетов железнодорожного транспорта решающее значение имеет руководящий уклон i p — наибольший затяжной уклон пути, по которому устанавливается весовая норма поездов при движении с установившейся скоростью (см. гл. 5, § 5). Положение железнодорожного пути в вертикальной плоскости характеризуется продольным профилем. Продольный профиль линии вычерчивается в масштабах — горизонтальном 1:10000 или 1:5000 и вертикальном 1:1000 или 1:500, тес искажением 1:10. Отдельные участки продольного профиля с постоянным уклоном называются элементами профиля. Для обеспечения плавности хода поездов минимальная длина элементов профиля должна составлять 200—350 м при нормальной колее им при узкой колее. Сопряжение элементов продольного профиля карьерных путей без переходных кривых до- пускается,если разность уклонов смежных элементов не превышает 8—9‰. Радиус вертикальных кривых может быть принят равным 2000 м. Габариты Для безопасного движения поездов по железным дорогам необходимы взаимоувязанные предельные очертания элементов пути, постоянных сооружений и подвижного состава. С этой целью устанавливаются габариты приближения строений и габариты подвижного состава. Габаритом приближения строения железных дорог называется предельное поперечное очертание, внутрь которого не должны заходить никакие части сооружений и станционные устройства. ГОСТ 9238—73 установлен единый для всех сооружений промышленных предприятий габарит приближения строения (риса. Для условий транспорта на открытых разработках и промышленных предприятиях габаритами приближения строений следует предусматривать также необходимость подвески боковой контактной сети. 9 Габаритом подвижного состава называется предельное поперечное очертание, в котором, не выходя наружу, должен помещаться подвижной состав. Для подвижного состава, допускаемого к обращению по путям общей сети железных дороги путям промышленных предприятий, установлены габариты Т (рис. 2, б) и Т, в которые вписываются все без исключения виды подвижного состава железных дорог СССР. При строительстве по габаритам Т и Т подвижного состава, предназначенного для эксплуатации на путях, промышленных предприятий, высота его считая от уровня верха головки рельса) не должна превышать 4700 мм. Рис. 2. Габариты железных дорог В кривых участках пути габариты приближения строений увеличиваются. § 2. Земляное полотно Железнодорожный путь состоит из нижнего и верхнего строений. К нижнему строению относится земляное полотно или искусственные сооружения, к верхнему — рельсы со скреплениями, шпалы и балласт. Конструкция и размер каждого элемента железнодорожного пути выбирается в соответствии с объемом перевозок, типом подвижного состава и скоростью движения. Земляное полотно с водоотводными устройствами является основанием железнодорожного пути. От его исправности зависит состояние пути в целом. Часть земляного полотна, на которой размещается верхнее строение пути, называется основной площадкой. Ширина основной площадки зависит от ширины колеи, числа путей ирода грунта (табл. 1). 11 Таблица Размеры основной площадки земляного полотна Ширина основной площадки (м) при ширине колеи, мм Поперечный профиль земляного полотна 1520 750 Насыпь под путь один два Выемка под дуть (с учетом ширины кювета один два 4,6—5,5 8,7—9,6 7,6—8,0 11,7—12,1 2,8—3,4 5,8—6,4 6,1—6,7 9,1—9,7 По форме поперечного профиля земляное полотно сооружается в виде насыпей, выемок, нулевых мест, полунасыпей, полувыемок (рис. 3). Поперечный профиль земляного полотна выполняется таким образом, чтобы обеспечивалась его устойчивость и не попадала вода на земляное полотно, а попавшую воду было бы можно быстро отвести. Рис. 3. Поперечные профили земляного полотна а — насыпь б — выемка в — нулевое место г — полунасыпь; д — полувыемка; е — полунасыпь-полувыемка В условиях карьеров насыпи сооружаются при отвалообразовании и укладке путей на пересеченной местности от карьера до отвалов. Характерной выемкой для карьерных условий являются выездные траншеи. По лувыемки и пол унасыпи сооружаются при нарезке уступов, проведении траншей или отсыпке отвалов на косогорах. Крутизна откосов насыпей и выемок измеряется отношением высоты откоса к его заложению. Обычно для насыпей высотой дом откосы выполняются крутизной 1:1,5, а при большей высоте выполаживаются до 1:1,75; 1:2. ДЛЯ предохранения земляного полотна от разрушительного действия поверхностных и грунтовых вод предусматривается ряд водоотводных устройств. В карьерных условиях сооружение водоотводных устройств имеет исключительно важное значение, в частности для отвода воды от земляного полотна уступных и отвальных путей. При пересечении железной дорогой различных препятствий (рек, оврагов, автогужевых и железных дороги пр) возводятся искусственные сооружения, к которым относятся мосты, путепроводы, эстакады, виадуки, трубы, лотки, тоннели, подпорные стенки. 12 § 3. Верхнее строение пути Рельсы Рельсы служат для направления движущихся колес подвижного состава, восприятия и передачи давления нижележащим элементам верхнего строения пути. Форма рельса определяется характером действующих нагрузок. Так как вертикальная нагрузка является наибольшей, то основой формы рельса является Двутавровое сечение, обладающее наибольшим сопротивлением изгибу. При этом верхняя полка двутавра приспосабливается для качения по ней колес подвижного состава, а нижняя — для прикрепления рельса к шпалам. На железных дорогах СССР применяют широкоподошвенные рельсы (рис. 4, табл. 2). Таблица Размеры основных типов рельсов Размеры рельса, мм Тип рельса Колея, мм Массам рельса, кг Высота Ширина головки Ширина подошвы Толщина шейки Р Р Р Р Р Р 1520 1520 1520 1520 750 750 75,1 64,93 51,51 44,65 — — 192 180 152 140 107 90 75 75 70 70 51 40 160 150 132 114 92 80 20,0 18,0 15,5 14,5 10,5 10,0 Рельсы имеют стандартную длину для широкой колеи 12,5 им, для узкой колеи 7 им. Переход на рельсы длиной 25 м обусловливает уменьшение числа стыков, улучшение условий взаимодействия пути и подвижного состава, а также сокращение расхода металла на стыковые скрепления, что дает значительный экономический эффект. Сокращение числа стыков достигается, кроме того, свариванием рельсов. Рис. 4. Рельс Р 1 — головка 2 — шейка 3 — подошва Основными повреждениями, из-за которых рельсы необходимо заменять, являются изломы, отколы головки или подошвы, трещины у отверстий стыковых болтов. Повреждения рельсов появляются в основном из-за неисправности ходовых частей подвижного состава, так как в связи сними возникают значительные динамические нагрузки на рельс, например при выбоинах на бандажах колеси в результате неудовлетворительного состояния пути (искривления в плане и профиле. Износ рельсов зависит от грузонапряженности линии и нагрузки на ось подвижного состава. Предельная величина износа рельсов всех типов для главных путей допускается вертикального мм, и горизонтального 10 мм. Особенно велик износ рельсов в кривых малого радиуса (обычно наружной нити. Лучшим способом снижения износа боковых граней рельсов является их смазка. Опытами и практикой установлено, что при смазывании боковых граней рельсов интенсивность их износа уменьшается враз. При этом значительно уменьшаются также износ гребней колеси сопротивление движению поездов в кривых. Промежуточные рельсовые скрепления Рельсовые скрепления делятся на промежуточные — для соединения рельсов со шпалами и стыковые — для соединения рельсов между собой в стыках. В комплект промежуточного рельсового скрепления входят подкладки, прикрепители (костыли, шурупы или болты) и прокладки. Подкладки под рельсы служат для передачи давления от рельсов на шпалы. Благодаря применению подкладок уменьшается износ шпал и увеличивается сопротивление боковому сдвигу рельсов. Уклон клинчатых подкладок 1:20 обеспечивает подуклонку рельсов, равную уклону поверхности катания колес подвижного состава. Прокладки под подошву рельса или под подкладку (резиновые или деревянные) используются для смягчения ударов от подвижного состава и увеличения срока службы шпал. До настоящего времени на карьерных путях распространено прикрепление рельсов к шпалам костылями. Как видно из схемы (риса, внутренние костыли сопротивляются выдергиванию из шпалы, а наружный — отжатию под действием горизонтальной силы. Сопротивление выдергиванию костыля из новой шпалы составляет около 20 кН (после годичной эксплуатации 6—7 кН), сопротивление отжатию примерно в 1,3 раза меньше. Рис. 5. Костыльное скрепление рельсов со шпалами. При использовании пружинных костылей (рис. 5, б) рельс упруго прижат к подкладке, благодаря чему смягчаются удары, передаваемые на шпалы. По сравнению с жесткими костылями пружинные костыли имеют повышенное сопротивление выдергиванию. При переноске и передвижке рельсошпальной решетки в карьерах с помощью кранов и пу- тепередвигателей ввиду недостаточного сопротивления костылей выдергиванию часто происходят отрыв шпал и потеря костылей с подкладками, что снижает эффективность работ по перемещению рельсошпальной решетки. Поэтому для карьерных условий более целесообразно применение шурупного скрепления рельсов со шпалами (рис. 6), при котором сопротивление выдергиванию в 1,5—2 раза больше, чем при костыльном. Кроме того, шурупное скрепление обеспечивает более плотное прижатие подкладки к шпалам, те. большую устойчивость пути. 14 Рис. 6. Шурупное скрепление рельсов со шпалами Опыт применения шурупного скрепления на магистральных дорогах, а также на карьерах Урала, Дальнего Востока и Башкирии подтвердил надежность этого вида рельсового скрепления. На ввертывание шурупов затрачивается больше времени, чем на забивку костылей, однако с применением средств механизации трудоемкость этой операции значительно снижается. Еще более прочным является болтовое скрепление рельсов со шпалами прижимного или клинового типа, при котором в качестве прикрепителей используют сквозные болты и прижимы или клинья. Для болтового скрепления универсального типа (риса) используются специальные двухребордчатые подкладки и два прижима. Для предохранения шпалы предусмотрены прямоугольные подкладки под шпалу. Каждый прижим имеет прорезь, с помощью которой, ослабив гайки и отодвинув прижимы, можно освободить рельс. Болтовое скрепление надежно при переноске звеньев благодаря возможности с большими усилиями выдергивать звенья кранами из балластного слоя и земляного полотна. Рис. 7. Болтовое скрепление рельсов со шпалами 1 — болт 2 — подкладка 3 — прижим 4 — подкладка под шпалу 5 — клин Болтовое соединение клинового типа (рис. 7, б) находит применение при передвижке пути путепередвигателями непрерывного действия. В этом случае подкладка крепится к шпале сквозными болтами независимо от рельса, а рельс самостоятельно соединяется с подкладкой. "Крепление рельса к подкладке производится двумя прижимами, которые вставляются в отверстия подкладки и заклиниваются специальными клиньями. Разбирается скрепление выдергиванием клиньев. Болтовое соединение клинового типа обеспечивает некоторую подвижность рельсов, необходимую при непрерывной передвижке рельсошпальной решетки. Стыковые рельсовые скрепления По расположению стыков по отношению друг к другу на разных рельсовых нитях различают стыки вразбежку и стыки по наугольнику. Во втором случае стыки на обеих рельсовых нитях находятся на одной нормали к продольной оси. На путях, перемещаемых отдельными звеньями, необходимо расположение стыков по наугольнику. Концы рельсов соединяются между собой стыковыми накладками (рис. 8). На путях широкой колеи при рельсах Р и Р приняты двухголовые накладки (риса, обладающие большой жесткостью. На путях, рельсошпальная решетка которых перемещается путепередвигателями непрерывного действия, стыковые накладки имеют форму, оставляющую свободной нижнюю часть головки рельса для прохождения роликов захватывающего устройства путепередвижных машин рис. 8, б Рис. 8 Стыковое рельсовое укрепление Накладки с рельсами соединяются стыковыми болтами. Для предотвращения самоотвинчи- вания гаек используют пружинные шайбы. При применении автоблокировки для регулирования движения поездов возникает необходимость электрически изолировать друг от друга отдельные участки пути. Для этого под металлические накладки ив стыковой зазор помещается изолирующая прокладка, а на стыковые болты надеваются изолирующие втулки. 16 На электрифицированных участках пути, где рельсы служат обратным проводом, для уменьшения падения напряжения в рельсовой цепи выполняются электрические стыковые соединения рельсов гибким медным тросом. Концы троса зажимаются, в манжеты, которые привариваются к головкам рельсов. Для путей с перемещаемой рельсошпальной решеткой применяют болтовое прикрепление электрических соединителей. Шпалы Шпалы служат для соединения рельсовых ниток железнодорожной колеи и передачи давления от подвижного состава на балластный слой. Число шпал на 1 км пути зависит от нагрузки на оси подвижного состава, грузонапряженности линий, скорости движения поездов, типа рельсов и балластного слоя, качества земляного полотна, плана и профиля пути. Число шпал на 1 км-пути принимается для колеи 1520 мм, 1600, 1840, 1920 и 2000; для колеи 750 мм 1500, 1625, 1750 и 1856. При увеличении числа шпал на километр повышаются прочность и устойчивость пути, так как снижается, удельное давление на балластный слой и земляное полотно. Вместе стем расстояние между шпалами должно быть не менее 25 см, иначе затрудняется подбивка шпал балластом. Шпалы раскладывают равномерно и только по концам рельсового звена стыковые и предстыковые шпалы укладывают с меньшим интервалом. При работе цепных многочерпаковых экскаваторов, абзетцеров и транспортно-отвальных мостов применяют многорельсовые пути с числом рельсовых ниток от 4 до 8. Их укладывают на сплошные или раздельные шпалы (брусья. Материалом для шпал служат дерево, железобетон и металл. Наибольшее распространение получили деревянные шпалы — упругие, легкие, дешевые и удобные при производстве путевых работ. Основными размерами шпал являются ширина верхней и нижней постели, толщина и длина. Для колеи 1520 мм длина шпал равна 2,75 м, для колеи 750 мм м. Недостатком деревянных шпал является быстрый выход из строя из-за подверженности гниению, поэтому для увеличения срока службы шпалы, уложенные на стационарных карьерных путях, пропитываются противогнилостными составами (антисептиками. Однако на открытых разработках шпалы выходят из строя главным образом в результате механического износа. Впер- вую очередь это относится к путям на уступах, и отвалах, рельсошпальная решетка которых подвергается периодическому перемещению. Срок службы таких шпал не более двух-трех лет. При коротком сроке службы стоимость шпал на карьерах достигает 25 % стоимости верхнего строения пути, поэтому проводятся различные мероприятия по увеличению срока службы шпал. Основными из таких мероприятий являются пропитка шпал, укладываемых на стационарных путях предварительное просверливание отверстий для костылей и шурупов (предохранение шпал от раскалывания оковка торцов шпал бандажами из полосового железа правильные условия хранения шпал до их укладки в путь применение шурупного и болтового скреплений периодический ремонт шпал на звеносборочных базах. Долговечность стационарных путей значительно повышается в случае применения железобетонных шпал. Струнобетонные шпалы представляют собой балки переменного сечения, армированные проволочными струнами. После натяжения проволок форма с помощью вибраторов заполняется бетонной смесью. Когда бетон затвердевает, напряжение с арматуры снимается и бетон сжимается. Опыт показывает, что предварительно напряженный железобетон является долговечным материалом, способным выдерживать значительные динамические нагрузки. Основное распространение на железных дорогах СССР получили брусковые струнобетонные шпалы с предварительно напряженной арматурой, рассчитанные на применение рельсов Р и Р. Шпалы этого типа не подвергаются гниению, допускают большие напряжения и лучше сопротивляются перемещениям, но менее упруги, имеют большую массу и более дороги по сравнению с деревянными. На буроугольных карьерах ГДР и ФРГ в некоторых случаях используют штампованные металлические шпалы из проката специального профиля или сварные из существующих профилей проката. Металлические шпалы в 2—3 раза дороже деревянных, но имеют повышенную прочность и срок службы 15— 20 лет. Балласт Стационарные железнодорожные пути в карьерах укладываются на балластный слой, основное назначение которого — равномерное распределение давления и смягчение ударов от подвижного состава на земляное полотно, отвод поверхностных вод, защита земляного полотна от промерзания, увеличение сопротивления сдвигу рельсошпальной решетки. В последние годы в связи с ростом осевых нагрузок подвижного состава и скоростей его движения на балласт укладываются также передвижные пути. Дополнительные затраты на балластировку пути полностью оправдываются повышением скорости движения поездов, снижением аварийности и уменьшением трудовых затрат по текущему содержанию пути. Расход балласта при балластировке 1 км составляет стационарных путей 1500—2000 м, перемещаемых 600—1000 м 3 Материалом для балластировки путей служат щебень размером 20—70 мм, галька, гравий, крупнозернистый песок. На путях с перемещаемой рельсошпальной решеткой для балластировки используют также вскрышные породы и уголь, если они по своим свойствам близки к балластным материалам. Толщина балластного слоя определяется свойствами грунтов земляного полотна и нагрузкой на ось подвижного состава. Для колеи 1520 мм толщина балласта изменяется от 0,25 домна постоянных путях и от 0,15 домна путях с перемещаемой рельсошпальной решеткой. Выбор конструкции верхнего строения железнодорожного пути основывается на расчете путина прочность и на технико-экономической оценке различных вариантов. При расчетах на прочность определяют напряжения и деформации в элементах железнодорожного пути и устанавливают наименьшую допустимую мощность пути в зависимости отвеса обращающегося подвижного состава, грузонапряженности и скоростей движения. В условиях открытых разработок пути подвергаются дополнительному динамическому воздействию в момент загрузки вагонов экскаваторами и при разгрузке вагонов на отвалах, атак- же при отрыве рельсовых звеньев вовремя перемещения рельсошпальной решетки на новую трассу. В табл. 3 приведены типы рельсов для железнодорожных путей в карьерах, целесообразные для применения при различных осевых нагрузках подвижного состава. Таблица. Типы рельсов на карьерных железнодорожных путях Перемещаемые пути при основании трасс Осевая нагрузка, кН Постоянные пути (главные перегоны, пути выездных траншей) устойчивом неустойчивом 200—250 250—300 300—350 330—400 Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р |