Расчет железнодорожного пути

Контрольная работа Железнодорожный путь Нагимулин С.М.

Задача 1.

Схематичное изображение поперечного профиля земляного полотна. Его основные размеры. Назначение конструктивных элементов и устройств земляного полотна.

Данные к задаче.

Категория ж-д дороги II.

Количество путей 2.

Вид поперечного профиля — выемка без кавальера.

Устройства — дренаж и дренажные лотки.

Грунт — суглинок.

Земляное полотно основной элемент нижнего строения пути, предназначено для укладки верхнего строения пути и восприятия нагрузок от подвижного состава и обеспечения устойчивости пути. Представляет собой вытянутое в длину сооружение, основной частью его проекта является поперечный профиль.

Поперечный профиль земляного полотна есть инженерно-геологи-ческий разрез полотна в плоскости перпендикулярной продольной оси трассы.

Поперечный профиль на чертеже изображается на всю ширину полосы отвода.

Поперечный профиль содержит три основных части:

• — основная площадка 1;
• — собственно земляное полотно 2;
• — основание земляного полотна 3.

Типовые поперечные профили насыпей и выемок, их форма и размеры регламентированы СНиП 32−01−95 «Железные дороги колеи 1520 мм» .

СП 32−104−98 «Свод правил по проектированию и строительству земляного полотна железных дорог колеи 1520 мм» .

В соответствии со СНиП 32−01−95;

Общая глубина выемки до 12 м.

b = 11,7 м — ширина основной площадки земляного полотна на вновь строящихся ж-д путях;

h = 0,15 м + 0,35 = 0,5 м — если грунт не дренирующий, плюс разность толщин балластного слоя на данном участке.

Бровка откоса? 1 м Ширина дна лотка 0,4 м.

Крутизна откос выемки 1:2.

Крутизна откосов призмы 1:1,5.

Основная площадка земляного полотна есть верхняя спланированная поверхность земляного полотна.

На глинистых грунтах, на двух путных линиях она устраивается в виде треугольной призмы, на ней располагается верхнее строение пути.

Согласно «Правилам технической эксплуатации железных дорог», наи-меньшая ширина основной площадки, на прямых двупутных путях, независимо от года постройки должна быть не менее 9,5 м.

Ширина междупутья не менее 4,1 м.

Поперечные уклоны 0,01 … 0,012, до 0,03.

Основная площадка выше уровня бровок имеет форму треугольника, и называется сливной призмой.

Высота треугольника 0,2 м.

Обочины пути есть свободные от балласта продольные полосы вдоль пути, предназначены для свободного прохода работников, обеспечивающих содержание и обустройство пути, размещения сигналов и путевых знаков, для временного складирования инструмента, материалов, при пропуске поездов.

Так же для удержания балласта, осыпающегося с балластной призмы.

Минимальная ширина обочины для линий 1, 2 -го класса 0,5 м.

Водоотводный лоток есть водовод незамкнутого поперечного сечения с безнапорным течением воды, боковые стенки его могут воспринимать давление грунта.

Лотки могут выполнять функции дренажа, в боковых стенках его устраиваются щели.

Для защиты земляного полотна от вредного воздействия грунтовых вод создаются специальные комплексные устройства — путевые дренажи.

Дренажные устройства предназначены:

• — для полного перехвата подземных вод на глубину до водоупорного слоя.
• — для понижения уровня подземных вод.
• — для создания упора из осушенного грунта.
• — для выпуска воды из балластных корыт.
• — для понижения влажности грунтов, слагающих земляное полотно.

Рисунок 4. Подкюветный дренаж двусторонний несовершенный.

Задача 2.

Типовые поперечные профили балластного слоя земляного полотна из обычных грунтов. Тип верхнего строения пути. Размеры балластной призмы и основной площадки земляного полотна, тип рельсов, тип стыковых и про-межуточных скреплений, тип и эпюра шпал.

Данные к задаче:

Число путей — 2.

Тип верхнего строения — особо тяжёлый.

Материал шпал — деревянные.

Материал балласта — щебень.

Материал подушки — песок.

Балластная призма есть элемент верхнего строения пути из балласта, укладываемого на земляное плотно.

Она служит для стабилизации путевой решётки.

Рисунок 1. Образец поперечного профиля балластной призмы из щебня с покрывающим слоем из асбестового балласта на песчаной подушке для тяжелого типа верхнего строения пути.

1 — асбест; 2 - щебень, 3 — песок Лучшим балластным материалом считается щебень из твёрдых каменных пород, валунов, гальки. Для балластного слоя должен применяться щебень марок по прочности, И20, И20м, И40м, У75, У50.

Параметры балласта.

Толщина слоя балласта в подрельсовой зоне для звеньев пути на деревянных шпалах 35 см.

Ширина плеча призмы 40 см.

Толщина балластной подушки 20 см.

Минимальная ширина обочины земляного полотна 50 см.

Ширина основной площадки земляного полотна на вновь строящихся ж-д путях 11,7 м.

Ширина основной площадки, на прямых двупутных путях, независимо от года постройки должна быть не менее 9,5 м.

Расстояние между заложением откоса призмы и балластной подушки на уровне основной площадки должна быть 15 см.

На путях 1 и 2 классов под слоем щебня должны быть устроены: — песчаная подушка, — слой мелкого щебня или слой старого щебня. Если тип верхнего строения пути особо тяжёлый, то между слоями укладываются листы пенопласта или геотекстиля, или увеличивается слой щебня на 10 см.

Поверхность балластной призмы должна быть ниже верхней постели деревянных шпал на 3 см.

Для обеспечения стока поверхностных вод на междупутье должны быть устроены уклоны от оси пути в обе стороны 7% … 8%.

На особо грузонапряжённых линиях могут применяются:

• — рельсы типа Р75 и Р65.
• — шпалы деревянные типа Д1.
• — число шпал на 1 км пути 2000 шт.

Параметры, выпускаемых рельс регламентируются ГОСТ Р 51 685−2000.

Рельсы изготавливают длиной 12,5 и 25 м с болтовыми отверстиями или без них.

Кроме этого могут применяться иные разновидности рельсов:

Железнодорожные рельсы для узкоколейных путей, «Р-24, 18 и 8» .

Усовиковые — рельсы, с помощью которых создаются железнодорожные крестовины, — маркируются «УР-65» .

Рельсы, применяемые для оборудования стрелочных переводов «Р-33, 43 и 38» .

Рамные, применяются при изготовлении пересечений и соединений пути «РР-65» .

Желобчатые трамвайные используются при прокладке трамвайных путей «Т-58 и 62» .

На промышленных предприятиях пути обустраиваются рельсами «РП-65 и 50» .

Остряковые рельсы используются для оборудования стрелочных переводов на промышленных предприятиях. Для них принят индекс «ОР» с последующим цифирным обозначением.

Рельсы подразделяют:

По типам: Р50, Р65, Р65К (для наружных нитей кривых участков пути), Р75;

По категориям качества:

В — рельсы термоупрочненные высшего качества, Т1, Т2 — рельсы термоупрочненные, Н — рельсы не термоупрочненные;

По наличию болтовых отверстий:

с отверстиями на обоих концах, без отверстий;

По способу выплавки стали:

М — из мартеновской стали, К — из конвертерной стали, Э — из электростали;

По виду исходных заготовок: — из слитков, — из непрерывно-литых заготовок (НЛЗ);

По способу противофлокенной обработки:

из вакуумированной стали, прошедшие контролируемое охлаждение, прошедшие изотермическую выдержку.

для типа рельса Р-50 Р-65 Р65К Р-75.

Высота рельса 152 180 181 192.

Высота шейки 83 105 105 104.

Ширина головки 72 75 75 75.

Ширина подошвы 132 150 150 150.

Толщина шейки 16 18 18 20.

Высота пера 10,5 11,2 11,2 13,5.

Рельсовое скрепление это конструкция, соединяющая рельсы между собой или прикрепляющая их к подрельсовому основанию.

Рельсовые скрепления подразделяются на:

• — стыковые, служащие для соединения рельсов между собой вдоль пути,
• — промежуточные для прикрепления рельсов к опорам, шпалам, рамам, плитам.

Стыковые скрепления выполняются в виде плоских накладок, соединяющих рельсы при помощи болтов.

Рисунок 2. Разрез рельса Р65.

Масса четырёхдырных накладок для рельсов Р50 — 18,77 кг, для рельсов Р65 и Р75 — 23,48 кг, а шестидырных для рельсов Р50 — 18,77 кг, для рельсов Р65 и Р75 — 29,5 кг.

В уравнительных пролётах бесстыкового пути применяются накладки с шестью отверстиями.

Между металлической накладкой и рельсом помещается полиэтиленовая прокладка, на болты надеваются полиэтиленовые втулки. Торцы рельсов также разделены изолирующей прокладкой. В конструкции изолирующего стыка могут применяться и объемлющие накладки, охватывающие рельсы со стороны нижней плоскости подошвы.

Широко применяют клееболтовые электроизолирующие стыки, в которых двухголовые накладки уменьшены по высоте с обеих сторон на 3 мм. Образующийся между накладкой и рельсом люфт заполнятеся стеклотканью, пропитанной эпоксидным клеем с добавлением отвердителя. При использовании накладок с шестью болтовыми отверстиями и затяжкой болтов до 150—170 кН такой стык упруго воспринимает продольные силы до 1500 кН, а при применении объемлющих накладок — до 3000 кН.

Промежуточные скрепления могут быть раздельными, тип Д2 и Д4 для деревянных и тип КБ для железобетонных шпал, нераздельными, костыльные с подкладками, имеющими три костыльных отверстия, для деревянных шпал и тип ЖБ для железобетонных шпал и смешанными.

Тип ДО костыльные с подкладками, имеющими пять костыльных отверстий, для деревянных шпал.

Для предохранения от прорезания древесины шпал подкладки имеют закруглённые по концам нижние грани и укладываются на прокладки из полимерных материалов, гамбелита или резины.

Костыли имеют длину 165 мм, поперечное сечение 16Ч16 мм, овальную головку; пучинные костыли выпускаются длиной 205, 230, 255, 280 мм. Для более стабильного прижатия рельсов к подкладкам и шпалам могут применяться термически обработанные изогнутые костыли, обладающие пружинящими свойствами.

В раздельных промежуточных скреплениях, тип Д2 и Д4, подкладка прикрепляется к шпале шурупами, а рельс к шпале клеммами и клеммными болтами. Скрепления этих типов имеют много деталей, большую металлоёмкость, но позволяют укладывать бесстыковой путь на деревянных шпалах и производить выправку пути установкой дополнительных подрельсовых прокладок между подошвой рельса и подкладкой.

Рисунок 3. Клееболтовой изолирующий стык рельсов типа Р65 с двухголовыми шестидырными накладками.

1 — стык, 2 — гайка, 3 — шайба, 4 — изоляция из стеклоткани, 5 — накладка, 6 — стыковой болт, 7 — нижняя изолирующая прокладка.

Рисунок 4. Промежуточное костыльное рельсовое скрепление типа ДО.

1 — костыль, 2 — подкладка, 3 — нашпальная прокладка, 4 — шпала.

Длина шпал зависит от ширины колеи. В России применяются деревянные шпалы длиной 275, 280 или 300 сантиметров. Под стрелочными переводами укладывают длинные разновидности шпал стрелочные брусья, длина которых доходит до длины двух шпал.

Количество шпал на один километр железнодорожного пути называется «эпюрой укладки шпал». Стандартные значения для России 2000, 1840, 1600 либо 1440 шпал/километр.

В основном применяется эпюра 1840 шт/км, 46 шпал на 25 метров на прямых участках и 2000 шт/км в кривых.

На особо нагруженных путях применяется эпюра 2000 шт/км.

Вопрос 21.

Деформации и повреждения основной площадки земляного полотна, причины их возникновения. Какие деформации ликвидируются устройством дренажных прорезей.

Деформации основной площадки:

• — балластное корыто — углубление под шпалой в глинистых грунтах, из которых сложена основная площадка, заполненная балластными материалами;
• — балластное ложе — углубление под несколько шпалами в глинистых грунтах основной площадки, вытянутое вдоль пути, иногда имеющее продольный уклон;
• — балластный мешок — углубление, несколько метров вдоль пути, в глинистых грунтах земляного полотна, не имеющее стока;
• — балластные гнёзда — балластные мешки или ложа, имеющие один или несколько отростков-карманов, заполненные балластными материалами, имеют зачастую причудливую сложно устроенную форму;
• — выпирание грунтов в выемке — оседание или поднятие основной площадки вследствие резкого изменения напряжённого состояния в пластичных грунтах; земляной полотно дренажный рельсовый
• — пучины — искажения положения рельсовых нитей в продольном и поперечном профилях в виде горбов, впадин, перепадов вследствие неравномерного морозного пучения грунтов;
• — весенняя пучинная просадка — интенсивное нарастание местных искажений рельсовой колеи в продольном и поперечном профилях в результате просадок оттаивающих грунтов земляного полотна под поездными нагрузками на участках с большим равномерным пучением.

Признаки наличия повреждений это просадки пути, перекосы, разжижение и выплески балласта, трещины на поверхности балластного слоя, образование на откосах потёков грунта.

Рисунок 4. Пример деформации «балластные корыта» .

1 — балластное корыто; 2 — балластный слой; 3 — глинистые грунты;

Рисунок 5. Пример деформации «балластное ложе» .

1 — балластное ложе; 2 — балластный слой; 3 — глинистые грунты; 4 — балластный карман.

Рисунок 6. Пример деформации «балластный мешок» .

1 — балластный мешок; 2 — построечный поперечный профиль; 3 — выпирание грунта из-за образования балластного мешка; 4 — глинистые грунты; 5 — балластный карман Для устранения деформаций, как балластные ложа и балластные мешки, может применяться выпуск воды из лож и мешков с помощью поперечных дренажных прорезей, а так же кротового дренажа.

Рисунок 7. Поперечная дренажная прорезь.

1 — балластный мешок; 2 — прорезь, заполненная гравелистым песком; 3 — утрамбованный щебень.

Задача 3.

Схема стрелочного перевода, его основные размеры, нормы содержания по шаблону и уровню.

Дано:

Вид стрелочного перевода — обыкновенный.

Тип стрелочного перевода — Р65.

Марка крестовины — 1/9.

Конструкция крестовины — сборная с литым сердечником.

Стрелочный перевод есть устройство для перевода движущегося подвижного состава с одного рельсового пути на другой.

Состоит из стрелки, крестовины с контррельсами, соединительных путей между, ними и комплекта переводных брусьев.

Стрелка имеет 2 рамных рельса, 2 подвижных остряка, переводной механизм и другие детали.

Пересечение рельсов образует крестовину, марка которой определяет крутизну отклонения пути и радиус переводной кривой. Различают одиночные, двойные и перекрёстные. Стрелочные переводы с крестовинами марок 1/6, крутые, 1/9, 1/11, 1/13, 1/22, с более пологими переводными кривыми.

Управление стрелочными переводами осуществляется с поста централизации, электрическими или механическими средствами, или непосредственно на стрелочном переводе вручную.

В зависимости от назначения и условий соединения путей различают одиночные, двойные и перекрёстные стрелочные переводы. Одиночные переводы подразделяют на обыкновенные, симметричные и несимметричные.

Обыкновенный стрелочный перевод, может быть правоили левосторонним. Этот вид переводов наиболее распространён.

Рисунок 1. Схемы стрелочных переводов.

а — одиночный обыкновенный; б — одиночный симметричный; в — тройниковый симметричный; г — двойной перекрёстный Рисунок 2. Схема и основные размеры одиночного стрелочного перевода.

Для стрелочного перевода — Р65, крестовины — 1/9 сборной с литым сердечником:

Параграф § 27 ПТЭ, предписывает: Стрелочные переводы должны особенно тщательно содержаться по уровню, шаблону и в плане с точным соблюдением допусков износа отдельных частей переводов.

Ширина колеи на стрелочном переводе измеряется по каждому пути (прямому и боковому) поперёк его оси в следующих местах;

• — в стыке рамных рельсов — в начале рамных рельсов, в непосредственной близости от стыкового зазора;
• — перед остряками — у начала остряков;
• — в корне остряков по прямому и отклонённому пути, на примыкающих к острякам рельсах, не дальше 100 мм от их концов;
• — в середине переводной кривой;
• — в крестовине по прямому и боковому пути — в начале крестовины, в сечении с шириной сердечника 40 мм и в хвосте крестовины.

Рисунок 3. Схема стрелочного перевода с указанием мест контрольных промеров.

1 — в стыке рамных рельсов; 2 — перед остряками; 3 и 4 — в корне остряков по прямому и отклонённому пути; 5 — в середине переводной кривой; 6 — в крестовине по прямому и боковому пути.

Нормы содержания стрелочных по шаблону.

Таблица 1.

Все четыре рельсовые нити стрелочного перевода должны лежать в одном уровне. Отклонение по уровню, без перекосов, допускается не более 4 мм, при условии плавного отвода уклоном не круче:

• — 0,5 ‰ или 0,5 мм на 1 погонный метр пути на переводах, уложенных на главных путях;
• — 1‰ или 1 мм на 1 погонный метр пути на переводах, уложенных на приёмоотправочных путях и путях для оборота и отстоя составов;
• — 2‰ или 2 мм на 1 погонный метр пути на переводах, лежащих на парковых путях.

Вопрос 59.

Зависимость устройства рельсовой колеи от устройства ходовых частей подвижного состава.

Размеры и конструктивное оформление рельсовой колеи находятся в зависимости от размеров и конструктивных особенностей ходовых частей экипажей.

Параметры рельсовой колеи непосредственно связаны с размерами колёсных пар, важнейшими из которых являются:

• — ширина колёсной пары, расстояние между рабочими гранями гребней колёс в расчётной плоскости, q;
• — величина насадки колёс, расстояние между внутренними гранями колёс, Т;
• — толщина гребней колёс в расчётной плоскости, h;
• — ширина колеса, а;

Рисунок 1. Положение колёсной пары в рельсовой колее на прямом участке пути:

а — ширина колеса; д1, д2 — зазоры между гребнями колёс и рабочими гранями головок рельса; h1, h2 — толщина гребней колёс; м — утолщение гребней колёс выше расчётной плоскости; Т — насадка колёс; q — ширина колёсной пары; S — ширина колеи.

Принято измерять ширину колеи S на прямых и в кривых участках пути между рабочими гранями рельсов на уровне расчётной плоскости, то есть ниже поверхности катания колеса по рельсу на 13 мм.

Размеры и допускаемые отклонения ширины колеи S и ширины колёсной пары q, насадки колёс Т, толщины гребней h, установлены ПТЭ, с учётом допусков и износа, с таким расчётом, чтобы обеспечить наличие необходимой для нормального движения колёсной пары по рельсовой колее, суммы зазоров д1 и д2 между гребнями колёс и рельсами.

Ширина колёсной пары меньше ширины колеи. На прямой между рельсовыми нитями и гребнями колёс образуются зазоры, обеспечивающие возможность «виляющего» движения колёсной пары. С уменьшением зазора до оптимального значения уменьшается поперечное воздействие подвижного состава на путь. При очень малых зазорах увеличивается сопротивление движению поезда. Допускается минимальный зазор 7 мм для локомотивов и 5 мм для грузовых вагонов, оптимальный размер составляет соответственно 14 и 12 мм, а максимальный 31 и 29 мм. Виляющему движению колёсной пары способствует коничность поверхности катания колёс. Рельсы также ставят не вертикально, а с наклоном внутрь колеи.

Вследствие «виляния» колёсная пара в прямой может занять любое промежуточное положение, при этом величины зазоров д1 и д2 будут меняться, но их сумма д1 + д2 = д в данном сечении пути для конкретной колёсной пары — величина постоянная. При полном прилегании гребня одного колеса к рельсу зазор д оказывается на противоположной стороне.

ширина колеи.

.

оs — упругое уширение ширины колеи под подвижным составом.

Обычно при исправном состоянии пути и подвижного состава упругое расширение колеи оs = 2 мм в прямых участках пути и 4 … 8 мм в кривых.

Величина отжатия зависит от типа рельсов, состояния скреплений и шпал, нагрузки на ось, скорости движения. Под тяжеловесными нагрузками отжатие рельса может превышать 8 мм.

Зазор д необходим для уменьшения износа рельсов и гребней колёс; уменьшения сопротивления движению поездов; недопущения вползания гребня колеса на рельс.

В то же время чем больше суммарный зазор и скорость движения, тем больше будут горизонтальные поперечные силы, возникающие при виляющем движении экипажа на прямых, и тем сильнее возможны удары гребней колёс в рельсы при косых набеганиях колёс в прямых и при входе в кривые участки пути, при этом ухудшаются условия комфортабельности езды пассажиров.

Силы бокового воздействия гребней на рельсы в прямых участках пути могут достигать 30…40 кН и более. Эти силы зависят от скорости набегания колёс на рельсы при вилянии, которая будет тем больше, чем чаще и больше амплитуда виляния. В результате путь быстрее расстраивается, требуются большие затраты на его техническое обслуживание. Поэтому желательно уменьшение зазора между гребнем колеса и рельсом особенно при скоростях движения свыше 120 км/ч.

Практически уменьшить зазор д возможно за счёт:

• — увеличения ширины колёсной пары, ужесточая допусковые отклонения по сужению насадки колёс (мм), и увеличения минимально допустимой ширины гребней колёс мм;
• — уменьшения ширины колеи.

• 1. Железнодорожный путь. Под редакцией Яковлевой, Т., Г. Москва, «Транспорт», 2001 г.
• 2. Железнодорожный путь. Методические указания. Коршикова, Н., П. Москва, МКЖТ, 2000 г.
• 3. Инструкция по содержанию земляного полотна железнодорожного пути. ЦП-544. Москва, «Транспорт», 1998 г.
• 4. Крейнис, З., Л., Певзнер, В., О. Железнодорожный путь. Москва, ИД «Транспортная книга», 2009 г.
• 5. Никонов, А., М. Железнодорожный путь на искусственных сооружениях. Москва, ГОУ. 2007 г.
• 6. Основы устройства и расчетов железнодорожного пути. Под редакцией Амелина, С., В., Яковлевой, Т., Г. Москва, «Транспорт», 1990.
• 7. Правила по эксплуатации железных дорог РФ (ПТЭ).