Проектирование и расчет рельсовой колеи

http://www..ru/

http://www..ru/

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Кафедра «Путь и строительство железных дорог»

Расчётно-графическая работа по дисциплине: «Железнодорожный путь»

на тему: «Проектирование и расчет рельсовой колеи»

Выполнил: студент гр. 283

Нысанбаева Г. Р.

Проверила:

Васильева О.М.

Самара 2010 г.

1. Определение возвышения наружного рельса в кривой

1.2 Обеспечение комфортабельности езды пассажиров, характеризуемого допускаемым не погашенным ускорением

2. Определение необходимой ширины рельсовой колеи в кривых

2.1 Ширина колеи заклиненного вписывания для двухосной тележки

3. Проектирование переходных кривых

4. Расчёт числа и порядка укладки укороченных рельсов на внутреннюю нить кривой Библиография

В данной расчетно-графической работе определяются необходимые возвышения наружной рельсовой нити, ширина рельсовой колеи в круговой кривой при разных видах вписывания подвижного состава, разбивочные параметры переходной кривой, количество и порядок укладки укороченных рельсов на внутренней рельсовой нити.

1. Определение возвышения наружного рельса в кривой

рельса состав кривая колея При движении подвижного состава по кривой появляется центробежная сила. Эта сила создаёт дополнительное давление колёс на наружную рельсовую нить, в связи с чем рельсы на ней изнашиваются быстрее, возникают отбои нитей, увеличивается напряжение в рельсах, пассажиры испытывают неприятные ощущения. С целью нейтрализации вредного влияния центробежной силы на путь и на пассажиров наружная рельсовая нить приподнимается (возвышается) над внутренней.

Величина возвышения наружной рельсовой нити определяется исходя из двух требований: 1) Обеспечения одинакового вертикального износа обеих рельсовых нитей. Для этого используют следующую формулу:

h = 12,5•K (??_ср/R), мм (1.1)

где К — коэффициент увеличения, возвышения наружного рельса, учитывающий смещения центра тяжести подвижного состава в сторону кривой. Принимаем К=1, т.к. ?_max =110 км/ч; ?_ср — среднеквадратическое средневзвешенное по тоннажу скорость, км/ч; R — радиус кривой, в м;

?_ср = (1.2)

где n_i — число поездов одинаково веса, движущихся с одинаковой скоростью, в шт.;

Q_i — вес поездов, в т.;

?_i — фактические скорости движения поездов, км/ч;

1.2 Обеспечение комфортабельности езды пассажиров, характеризуемого допускаемым не погашенным ускорением

h_о = 12,5(??_max. /R) — 115, мм (1.3)

?_max. — максимальная скорость пассажирских поездов для кривой R.

За окончательное значение возвышения принимаем большее из двух, величину расчётного возвышения округляем до значения кратного 5 мм в большую сторону.

Наибольшим допускаемым возвышением согласно ПТЭ на железных дорогах РФ является возвышение 150 мм.

Если h?150 мм, то к дальнейшим расчетам принимается h расчетное.

Если h>150 мм, то к дальнейшим расчетам принимается h_max=150 мм, при этом должны пересчитать радиус кривой R₁, который должен соответствовать h.

К = 1.

?_ср =

?_ср = 84,69 (км/ч);

h = 12,5•1•(84,69?/700) = 128,09 (мм); кратно 5 h=130 (мм);

h_о = 12,5•(110?/700) — 115 = 101,07 (мм).

Вывод: в кривой R = 700 метров оптимальным является возвышение h=130мм при заданных скоростях движения поездов.

2. Определение необходимой ширины рельсовой колеи в кривых

Ширина рельсовой колеи в кривых определяется из условия вписывания тележек подвижного состава в кривые соответствующего радиуса. Вписыванием подвижного состава в кривую называется установившееся положение колесных пар жесткой базы относительно рабочих граней рельсовых нитей. Длиной жесткой базы называется расстояние между крайними осями тележки остающимися при движении взаимно параллельными.

Схема свободного вписывания двухосной тележки в кривую Схема заклиненного вписывания двухосной тележки в кривую

Оптимальную ширину колеи в этом случае определяем по формуле:

S_опт = q_max+f_н — ?₁+4, (2.1)

где q_max-максимальная ширина колёсной пары (q_max=1509мм); f_н — стрела изгиба наружной рельсовой нити на длине, равной длине двух жёстких баз — это расстояние между двумя крайними осями; ?₁ — это поперечные разбеги крайних осей тележки; 4 — допуск на сужение колеи;

f_н = (L+ b)?/2R, мм (2.2)

где L — длина жёсткой базы, (L=300см); b — расстояние от оси одной колёсной пары до точки касания гребня колеса с рельсом (забег колеса);

b = (L•r_к/R)•tg?, (2.3)

где r_к — радиус колеса, r_к=62,5 (см);? — угол наклона внешней грани гребня колеса к горизонту, ?=70?;

q_max = 1509 мм, L = 3000 мм, r_к = 625(мм),

b = ((3000· 625)/700 000)•tg70 = 7,35 (мм),

f_н = ((3000+7,35)?/2•700 000) = 6,46 (мм),

S_опт = 1509+6,46−1+4 =1518,46 (мм).

2.1 Ширина колеи заклиненного вписывания для двухосной тележки

Определяем по формуле:

S_зак = q_max+f_н — f_вн-??₁+4 мм (2.4)

f_н = (L+2b)?/8R, мм (2.5)

f_вн = (L — 2b)?/8R, мм (2.6)

b = (L•r/2R)•tg? мм (2.7)

Минимально допустимая ширина колеи определяется из условия недопущения заклиненного вписывания тележки:

S_min = S_зак + ?_min/2 (2.11)

где S_зак — ширина колеи при заклиненном вписывании;

?_min — суммарный минимальный зазор между гребнями колёс и головкой рельса на расчетном уровне (?_min=7мм);

?_min — 7 мм,

b = ((3000· 625)/2•700 000)• tg70= 3,67 (мм),

f_вн = (3000−2· 3,67)?/8•700 000 = 1,59 (мм),

f_н = ((3000+2· 3,67)?/8•700 000) = 1,61 (мм),

S_зак = 1509+1,61−1,59−1+4 = 1512,02(мм),

S_min = 1512,02+7/2 = 1515,52 (мм).

Вид вписывания, который обеспечивает номинальная ширина колеи в данной кривой, определяется путем сравнения с ней расчетных значений ширины колеи.

Вывод: S <[S], что означает — вписывание в кривую свободное.

3. Проектирование переходных кривых

Прямые и круговые кривые во избежание внезапного возникновения центробежной силы плавно сопрягают с помощью переходных кривых (ПК). Основное назначение переходных кривых заключается в обеспечении плавного изменения центробежных сил при входе и выходе экипажа из круговой кривой (КК). На их протяжении осуществляются плавные отводы, вызванные наружной рельсовой нитью и уширением колеи в круговой кривой. Длина переходной кривой l_о определяется из условия равномерного отвода возвышения:

l_о = h_р/[i], (3.1)

где h_р — расчётное возвышение; i — нормативный уклон отвода возвышения, i=0,8 при ?_max =110 км/ч.

l_о = 130/1 = 130 (м).

Расчётная длина переходной кривой округляется в большую сторону до значения кратного 10 м.

l_о = 130 (м).

Определяем угол поворота линии в пределах переходной кривой:

?_о = l_о/2R, (рад) (3.2)

?_о = 130/2•700 = 0,0928 (рад)=5,32(град).

Проверяем возможность разбивки ПК по следующим условиям:

? >2?_о,? = 32,6=0,1857 рад, 0,5686 > 0,188

L_к.к=R (? — 2?_о)>30 (м), (3.3)

L_к.к=700(0,5686 — 2•0,0928) = 267,6 (м). 267,6 (м)>30 (м)

Определяем обобщенный параметр переходной кривой

C = R • l_о, (3.4)

С=700•130 =91 000 м²

Т.к. условие R?1,602С не выполняется, то разбивка переходной кривой производится по радиоидальной спирали и координаты кривой х и у определяем по формулам:

X_i? l_i(1-l_i⁴/40C?) (3.5)

Y_i? l_i³/6•C (1-l_i⁴/56C?), (3.6)

Расчет координат для разбивки переходной кривой.

Таблица 1.1

По результатам расчётов строим график переходной кривой.

График переходной кривой Определяем элементы переходной кривой необходимые для разбивки её на местности. Сдвижка круговой кривой внутрь определяется по формуле:

P=Y-R (1-cos)

P=4,0213 -700(1-cos0,092)=1,838(м) Расстояние m от начала переходной кривой до отнесенной точки тангенса:

m=x-R•sin

m=129,887−700•sin0,092=64,953(м) Расстояние m от начала переходной кривой до первоначального тангенсного столбика:

m= m+ P•tg

m=64,953+1,838•tg=65,49(м) Полная длина новой кривой (с переходными кривыми):

L=2l+R ()

L=2•130+700(0,568+2•0,092)=527,6(м) Суммарный тангенс новой кривой:

Т= m+(R+ P) tg

Т=64,95+(700+1,838) tg=270,184(м) Суммарная биссектриса:

Б=

Б==31,230 (м) Домер:

Д=2•ТL

Д=2•270,184−527,6=12,76 (м).

4. Расчёт числа и порядка укладки укороченных рельсов на внутреннюю нить кривой

В связи с тем, что в пределах кривых радиус внутренней рельсовой нити несколько меньше радиуса наружной рельсовой нити, то длина внутренней нити меньше наружной рельсовой нити.

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

В виду невозможности обеспечить точное расположение «по наугольнику» стыков по внутренней и наружной нитям допускается забег на величину не более половины принятого стандартного укорочения ±К_i.

Для выбора величины К_i руководствуются длиною рельса и величиной R кривой.

В РФ приняты следующие типы укорочения:

— при длине рельса 12,5, укорочение К₁=40мм, К₂=80мм, К₃=120мм;

— при длине рельса 25 м, К₂=80мм, К₄=160мм;

Минимальная величина стандартного укорочения К₂=80мм соответствует R?500 м, а при R<500 мК₄=160мм. Так как заданный R=800 м, а длина рельса 25 м, то принимаем стандартное укорочение К₂=80мм.

Расчёт количества рельсов нормальной длины, укладываемых на наружную рельсовую нить.

Точка НПК₁ делит рельс на две части, где а₁ — это часть рельса находящегося в прямом участке, а₂ — это часть рельса, находящаяся в переходной кривой.

В учебных целях а₂ принимаем в пределах 1−24 м (а₂=1 м), тогда а₁=25,01-а₂ (4.1)

а₁ = 25,01 -1= 24,01 (м) Определяем количество рельсов нормальной длины на наружной нити, укладываемых в пределах 1^ой переходной кривой по формуле:

n₁ = (L_о — а₂)/25,01, (шт) (4.2)

n₁ = (130−1)/25,01 =5,15 (шт) Остаток при делении 0,15 есть b₁ — это часть длины последнего рельса переходной кривой. b₁ =25,01· 0,15=3,92 (м).

b₂ — длина последнего рельса переходной кривой, перешедшая на круговую кривую.

b₂ = 25,01 — b₁, (м) (4.3)

b2 = 25,01 -3,92 = 21,0835 (м) Определяем количество рельсов в пределах круговой кривой:

n₂ = (L_кк. — b₂)/25,01, (шт) (4.4)

n₂ = (527,6 — 21,083)/25,01 = 9,8567 (шт) Остаток при делении 0,8567 есть с₁ — часть длины последнего рельса круговой кривой, находим с₂ — длину последнего рельса круговой кривой, перешедшую на вторую переходную кривую.

с₁=25,01· 0,8567=21,426 (м) с₂ = 25,01 — 21,426 = 3,751 (м) Определяем количество рельсов нормальной длины на наружной нити, укладываемых в пределах 2^ой переходной кривой по формуле:

n₃ =(l_о — C₂)/25,01, (шт) (4.5)

n₃ = (130 -3,751)/25,01 =5,0479 (шт) Остаток при делении 0, 0479 есть d₁ -часть длины последнего рельса второй переходной кривой. Находим d₂ — вторая часть рельса, находящаяся на прямом участке пути.

d₁ = 25,01· 0,0479 =1,197 (м)

d₂ = 25,01 — d₁, (м) (4.6)

d₂ = 25,01 -1,197 = 23,812 (м) Проверяем правильность расчёта и укладки количества рельсов стандартной длины:

N = (a₁ + L_кк + 2l_о + d₂)/25,01, (шт) (4.7)

N = (24,01+267,6+2· 130+23,812)/25,01 = 23 (шт) Для определения количества и порядка укладки укороченных рельсов по внутренней нити в начале определяем суммарное укорочение внутренней нити на рассматриваемой системе кривых по формуле:

Е_п = (S_о/R)(l_о+L_кк), (мм) (4.8)

S_о — расстояние между осями головок рельсов (1600 мм),

Е_п =(1,6/800)· (130+267,6) =0,9088 (м)=908,8 (мм) Определяем потребное укорочение одного рельса по формуле:

К_р = S_о(l_нр/R), (мм) (4.9)

l_нр =25,01 (м) К_р =1.6· (25,01/700)=0,057 (м) Так как принятое стандартное укорочение равно 80 мм, то длина укороченного рельса равна 25,01−0,08=24,93 (м).

Находим общее число укороченных рельсов:

N_у = Е_п/К₂ (4.10)

где Е_п-полное суммарное укорочение в пределах ветки; К₂ — стандартное укорочение, принятое 80 мм

N=908,8/80=11,36(шт) Для расчёта укорочения в переходной кривой применяется формула:

Е_пк=S_о((l_пк²-l_пк-1²)/2с), (4.11)

где l_пк -участок ПК от начала или конца ее, включая рельс, для которого определяется укорочение; l_пк-1 -участок ПК от начала или конца ее, за вычетом длины этого рельса.

Для расчёта укорочения в круговой кривой применяется формула:

Е_кр = S_о(l_о/R) (4.12)

Забег или отставание считается по формуле З_п=З_п-1+Е-К, (4.13)

где З_п — это забег в рассматриваемом стыке;

З_п-1 — это забег в предыдущем стыке со своим знаком, («+», «-»);

Е — расчётное укорочение рельса или его части на рассматриваемом участке;

К — стандартное укорочение рельса, принятое равным 80 (мм).

Если ?(З_п-1+Е) не превышает половины стандартного укорочения, то величина К в данную формулу не вводится, и в этом случае на внутреннюю нить укладывается нормальный рельс.

Таблица 1.2. Расчет числа и порядка укладки укороченных рельсов

N_у =11 — число укороченных рельсов Вывод: в кривой радиуса R=700 (м) на внутреннюю рельсовую нить укладывается 11 укороченных рельсов.

Библиография

1) Железнодорожный путь под ред. Т. Г. Яковлевой М.: Транспорт, 2001 г.

2) Расчеты и проектирование железнодорожного пути под ред. В. В. Виноградова М.: Маршрут, 2003 г.

3) Правила технической эксплуатации железных дорог российской федерации МПС РоссииМ.: Транспорт, 2000 г.