Проектирование и расчет рельсовой колеи

Содержание

Введение

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

Введение

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(υ²ср/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. υmax =110 км/ч; υср – среднеквадратическое средневзвешенное по тоннажу скорость, км/ч; R – радиус кривой, в м;

υср = (1.2)

где ni – число поездов одинаково веса, движущихся с одинаковой скоростью, в шт.;

Qi – вес поездов, в т.;

υi – фактические скорости движения поездов, км/ч;

1.2Обеспечение комфортабельности езды пассажиров, характеризуемого допускаемым не погашенным ускорением

hо = 12,5(υ²max. /R) – 115, мм (1.3)

υmax. – максимальная скорость пассажирских поездов для кривой R.

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

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

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

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

К = 1.

υср =

υср = 84,69 (км/ч);

h = 12,5∙1∙(84,69²/700) = 128,09 (мм); кратно 5 h=130 (мм);

hо = 12,5∙(110²/700) – 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:

Sопт = qmax+fн - η1+4, (2.1)

где qmax-максимальная ширина колёсной пары (qmax=1509мм); fн – стрела изгиба наружной рельсовой нити на длине, равной длине двух жёстких баз – это расстояние между двумя крайними осями; η1 – это поперечные разбеги крайних осей тележки; 4 – допуск на сужение колеи;

fн = (L+ b)²/2R, 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∙rк/R)∙tgτ, (2.3)

где rк – радиус колеса, rк=62,5 (см); τ – угол наклона внешней грани гребня колеса к горизонту, τ=70º;

qmax = 1509мм, L = 3000мм, rк = 625(мм),

b = ((3000·625)/700000)∙tg70 = 7,35 (мм),

fн = ((3000+7,35)²/2∙700000) = 6,46 (мм),

Sопт = 1509+6,46-1+4 =1518,46 (мм).

2.1 Ширина колеи заклиненного вписывания для двухосной тележки

Определяем по формуле:

Sзак = qmax+fн – fвн-∑η1+4 мм (2.4)

fн = (L+2b)²/8R, мм (2.5)

fвн = (L - 2b)²/8R, мм (2.6)

b = (L∙r/2R)∙tgτ мм (2.7)

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

Smin = Sзак + δmin/2 (2.11)

где Sзак – ширина колеи при заклиненном вписывании;

δmin – суммарный минимальный зазор между гребнями колёс и головкой рельса на расчетном уровне (δmin=7мм);

δmin – 7мм,

b = ((3000·625)/2∙700000)∙ tg70= 3,67 (мм),

fвн = (3000-2·3,67)²/8∙700000 = 1,59 (мм),

fн = ((3000+2·3,67)²/8∙700000) = 1,61 (мм),

Sзак = 1509+1,61-1,59-1+4 = 1512,02(мм),

Smin = 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 lо определяется из условия равномерного отвода возвышения:

lо = hр/[i], (3.1)

где hр – расчётное возвышение; i – нормативный уклон отвода возвышения, i=0,8 при υmax =110 км/ч.

lо = 130/1 = 130 (м).

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

lо = 130 (м).

Определяем угол поворота линии в пределах переходной кривой:

φо = lо/2R, (рад) (3.2)

φо = 130/2∙700 = 0,0928 (рад)=5,32(град).

Проверяем возможность разбивки ПК по следующим условиям:

β >2φо, β = 32,6=0,1857 рад , 0,5686 > 0,188

Lк.к=R(β - 2φо)>30 (м), (3.3)

Lк.к=700(0,5686 - 2∙0,0928) = 267,6 (м). 267,6 (м)>30 (м)

Определяем обобщенный параметр переходной кривой

C = R ∙ lо, (3.4)

С=700∙130 =91000 м2

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

Xi ≈ li(1-li4/40C²) (3.5)

Yi ≈ li3/6∙C(1-li4/56C²), (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 mот 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∙Т- L

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 ±Кi.

Для выбора величины Кi 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 25м, К2=80мм, К4=160мм;

Минимальная величина стандартного укорочения К2=80мм соответствует R≥500 м, а при R<500 м –К4=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 1ой переходной кривой по формуле:

n1 = (Lо – 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 = (Lкк. – 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 2ой переходной кривой по формуле:

n3 =(lо – 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 + Lкк + 2lо + 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:

Еп = (Sо/R)(lо+Lкк), (мм) (4.8)

Sо – расстояние между осями головок рельсов (1600 мм),

Еп =(1,6/800)·(130+267,6) =0,9088 (м)=908,8 (мм)

Определяем потребное укорочение одного рельса по формуле:

Кр = Sо(lнр/R), (мм) (4.9)

lнр =25,01 (м)

Кр =1.6·(25,01/700)=0,057 (м)

Так как принятое стандартное укорочение равно 80мм, то длина укороченного рельса равна 25,01-0,08=24,93 (м).

Находим общее число укороченных рельсов:

Nу = Еп/К2 (4.10)

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

N=908,8/80=11,36(шт)

Для расчёта укорочения в переходной кривой применяется формула:

Епк=Sо((lпк2-lпк-12)/2с), (4.11)

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

Для расчёта укорочения в круговой кривой применяется формула:

Екр = Sо(lо/R) (4.12)

Забег или отставание считается по формуле

Зп=Зп-1+Е-К, (4.13)

где Зп - это забег в рассматриваемом стыке;

Зп-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 ∑(Зп-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

Nу =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, 2001г.

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

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

Размещено на Allbest.ru