жд путь. 1. Выбор конструкции верхнего строения пути

• Название: 1. Выбор конструкции верхнего строения пути
• Анкор: жд путь
• Дата: 15.09.2022
• Размер: 2.19 Mb.
• Имя файла: 18F0D1FF-9A19-4915-B113-29034F46B45B.docx
• Тип: Документы; #678799
• страница: 2 из 6

Рисунок 2.1 – Колесная пара на рельсах:

1 – уровень катания; 2– расчетная плоскость

На прямых участках всегда имеется свободный зазор δ = δ₁ + δ₂ 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.

Свободный зазор определяется по формуле:

δ = S – q = S – (Т + 2h + 2µ), (2.1)

где q – ширина колесной пары;

µ – утолщение гребня выше расчетной плоскости, равное для вагонных колес 1 мм.

Для локомотивных колес оно отсутствует (µ=0).

Значения номинального, максимального и минимального свободного зазора:

δ_ном=1520-1440-2·33-2·0=14 мм;

δ_max=1520+8-(1440-3)-2·25=41 мм;

δ_min=1520-4-(1440+3)-2·33=7 мм.

2.2. Определение ширины рельсовой колеи в кривых участках пути

2.2.1. Определение оптимальной ширины рельсовой колеи в кривой

При определении оптимальной ширины колеи за исходную принимают схему свободного вписывания, изображенную на рисунке 2.2.



Рисунок 2.2 – Схема свободного вписывания двухосной тележки в кривую

Оптимальная ширина колеи S_опт определяется по формуле:

S_опт=q_max+ f_n – η₁ + 4, (2.2)

где q_max – максимальная ширина колесной пары; определяется согласно [1, таблице 2.1];

4 – допуск на сужение колеи;

f_n – стрела изгиба наружного рельса, мм, определяемая по формуле

f_n = , (2.3)

где – расстояние от центра вращения тележки до оси первой колесной пары (принимаем равной длине жесткой базы мм, согласно [1,таблица 1.4]);

– радиус кривой, мм;

– расстояние от оси первой колесной пары до точки касания гребня колеса с рельсом, мм. В свою очередь оно определяется по формуле

, (2.4)

где – радиус колеса по среднему кругу катания, мм;

– угол наклона гребня колеса к горизонту (принимаем 70º для локомотивов).

Значения L, r, η₁ представлены в [2, таблице 2.2].

Тогда для данного варианта задания определим

мм;

f_n = мм;

S_опт=1509+ 8,6 – 2,9 + 4=1518,7 мм

S_опт=1518,7 мм < [S]=1520 мм. Так как значение оптимальной ширины колеи меньше ее нормативного значения, то принимаем нормативную ширину колеи – S_опт=1520 мм.

2.3. Расчеты возвышения наружной рельсовой нити в кривой

При непрерывном повороте экипажа в кривой возникает центробежная сила, направленная в сторону от центра кривой. Для уменьшения величины этой силы и связанных с ней неблагоприятных последствий, в кривых участках пути устраивают возвышение наружного рельса. На рисунке 2.3 показана расчетная схема для определения возвышения наружного рельса в кривых.



h – возвышение наружного рельса в кривой радиуса R; S₀ – расстояние между осями рельсов (S₀ = 1600 мм); G – вес экипажа; J – центробежная сила; N, T – составляющие веса экипажа G; α – угол наклона полотна пути

Рисунок 2.3 – Расчетная схема для определения возвышения наружного рельса в кривых

Величину возвышения наружного рельса определяют по 3 основным критериям:

1. условия опрокидывания подвижного состава и равномерного износа рельсов;

2. условие непревышения непогашенного ускорения для грузовых поездов ;

3. условие непревышения непогашенного ускорения для пассажирских поездов (при v>140 км/ч ; при v<140 км/ч ).

Согласно первому условию возвышение наружного рельса определяется по формуле:

(2.5)

где v_прив – приведенная скорость поездопотока, км/ч, которая в свою очередь вычисляется по формуле

, (2.6)

где n – число поездов в сутки;

Q – масса поезда, т;

v_ср – средняя скорость поездов, км/ч.

Определим значения этих величин.

км/ч;

мм.

Согласно второму условию возвышение наружного рельса определяется по формуле

(2.7)

где v_{max гр} – максимальная скорость грузовых поездов, км/ч.

Тогда

мм.

По третьему условию

, (2.8)

где v_{max п} – максимальная скорость пассажирских поездов, км/ч.

Тогда

мм.

Окончательно принимаем из всех значений большее возвышение с ограничением h_max≤140 мм и округлением с точностью до 5 мм. Оно составляет 95 мм.

2.4. Проектирование переходных кривых

Переходные кривые устраиваются для обеспечения плавности входа в кривую, а также для отвода возвышения и уширения колеи. Радиус переходной кривой меняется от бесконечности до радиуса круговой кривой. Схема переходной кривой в увязке с отводом возвышения наружной рельсовой нити и изменением центробежной силы представлена на рисунке 2.4.



а – изменение возвышения наружной рельсовой нити над внутренней;

б – план участка пути с переходной кривой (по оси пути);

в – изменение центробежной силы

Рисунок 2.7 – Схема переходной кривой

При расчете элементов переходной кривой прежде всего необходимо определить длину переходной кривой l₀, м, по следующей формуле

, (2.9)

где h – возвышение наружного рельса;

i – уклон отвода возвышения. В соответствии с [1, таблица 2.25] для v_max п = 100 км/ч i = 0,001 мм/м.

Тогда

.

Одним из основных элементов переходной кривой является коэффициент пропорциональности С, называемый параметром переходной кривой. Он определяется по формуле

С = Rl₀, (2.10)

Определим его значение

С = 600·100=60000 м².

Рассмотрим случай разбивки переходных кривых способом сдвижки. На рисунке 2.8 показана схема разбивки переходных кривых этим методом.



Рисунок 2.8 – Схема разбивки переходных кривых методом сдвижки круговой кривой внутрь

Определим угол поворота φ₀ на протяжении переходной кривой по формуле

. (2.11)

Тогда

рад; φ₀ = 4,775^о.

Проверим возможность разбивки переходной кривой по зависимостям

β>2φ₀ и L_кк=R(β–2φ₀) ≥ 30 м, (2.12)

где β – угол поворота трассы;

L_кк – длина круговой кривой, м.

Угол поворота трассы согласно заданию

β = 35^о = 0,610865 рад.

Найдем длину круговой кривой по формуле

L_кк = R(β − 2φ₀). (2.13)

Тогда

L_кк=600(0,610865–2·0,0833)= 266,56 м.

Проверим

β>2φ₀; 0,610865>2·0,0833; 0,610865>0,1666;

L_кк ≥ 30 м; 266,56 > 30 м.

Проверки выполняются, разбивка переходных кривых возможна.

Определим вид переходной кривой и координаты для ее разбивки в прямоугольной системе. Прежде всего, проверим возможность применения в качестве переходной кривой кубической параболы из следующей формулы

(2.14)

Найдем численное значение правой части этого выражения

1,602·60000^5/9=723,09 м.

Условие (2.14) не выполняется (600 < 723,09), и для разбивки переходной кривой принимаем радиоидальную спираль с определением координат по формулам

, (2.15)

, (2.16)

где l_i – принимать равным 10, 20, 30…l₀.

Расчет сведем в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 – Координаты переходной кривой по радиоидальной спирали

li	, м	, м
10	10,000	0,003
20	20,000	0,022
30	30,000	0,075
40	39,999	0,178
50	49,998	0,347
60	59,995	0,600
70	69,988	0,953
80	79,977	1,422
90	89,959	2,024
100	99,931	2,776

По результатам расчетов построим график (рисунок 1.7).


y_i, м




x_i, м


Рисунок 1.7 – Координаты переходной кривой

Определим элементы переходной кривой, необходимые для разбивки ее на местности.

Сдвижка р, м, круговой кривой внутрь определяется по формуле

p = y_к− R·(1−cosφ₀) (2.17)

где y_к – координата у конца переходной кривой, м.

p = 2,776−600·(1−cos 4,775^о) = 0,694 м.

Расстояние m₀, м, от начала переходной кривой до первоначального положения тангенсного столбика определяется по формуле

, (2.18)

где m – расстояние от начала переходной кривой до нового положения тангенсного столбика, м, определяемое по формуле:

m = x_к−Rsinφ₀, (2.19)

где x_к – координата х конца переходной кривой, м.

Тогда

m = 99,931−600·sin 4,775^о = 49,985 м;

м.

Полная длинна кривой L_кр, м, (с переходными кривыми) определяется по формуле:

L_кр = 2l₀+R(β−2φ₀); (2.20)

L_кр = 2·100+600(0,610865−2·0,0833) = 466,559 м.

Суммарный тангенс новой кривой , м, определяется по формуле:

; (2.21)

м.

Суммарная биссектриса Б, м, определяется по следующей формуле

; (2.22)

м.

Домер Д, м, определим по формуле

Д = 2T_кр−L_кр; (2.23)

Д = 2·239,383 – 466,559 = 12,207 м.

Разбивку круговой и переходной кривой на местности производим геодезическим методом.

2.5. Расчет числа и порядка укладки укороченных рельсов на внутренних нитях кривых

В связи с тем, что в пределах кривых радиус внутренней рельсовой нити несколько меньше (на величину S₀ = 1600 мм) радиуса наружной рельсовой нити, длина внутренней нити меньше наружней.

Для компенсации этой разницы и обеспечения укладки рельсовых нитей с положением стыков по одной нормали к продольной оси пути по внутренней нити кривой укладываются укороченные рельсы.

Определим число и порядок укладки укороченных рельсов в системе кривых (круговой кривой и двух переходных кривых, примыкающих к ней).

Определим величину укорочения внутренней нити ε, м, по отношению к наружной по формуле

ε = S₀β, (2.24)

где S₀ – расстояние между осями рельсов (S₀ =1600 мм).

Тогда

ε = 1600·0,610865 = 977,4 мм.

Число укороченных рельсов необходимых для укладки в путь определим как

, (2.25)

где K_i – типовое укорочение рельсов (для R=600 м K_i =80 мм).

.

Примем = 12 штук.

Вычислим общее число звеньев в кривой по формуле

, (2.26)

где l_нр – длина нормального стандартного рельса;

l_кк – длина круговой кривой.

Тогда



Примем 19 штук.

Найдем величины укорочения. Укорочение переходной кривой будет равно:

, (2.27)

Укорочение на круговой кривой:

, (2.28)

Полное укорочение:

, (2.29)

мм.

В пределах первой переходной кривой:

. (2.30)

В пределах второй переходной кривой:

. (2.31)

В пределах круговой кривой: