Дополнительные преимущества данного скрепления:

Ширина рельсовой колеи в эксплуатации регулируется заменой изношенных упругих и амортизационных прокладок.

Визуальным контролем правильности нормативной затяжки прикрепителя при сборке является отсутствие зазора между шайбой и поверхностью направляющей вставки.

Скрепление предназначено для использования в бесстыковом пути с рельсами Р65 с железобетонными шпалами в прямых и кривых радиусом 350 м и менее, в регионах с годовыми амплитудами температуры рельсов до 120С и грузонапряженностью до 150 млн. тонн брутто. Скорости движения пассажирских поездов до 160 км/час, грузовых – до 90 км/час. Скрепление может применяться на участках движения поездов с весовой нормой до 6300 тонн.

2 РАСЧЕТ ВЕРХНЕГО СТРОЕНИЯ ПУТИ НА ПРОЧНОСТЬ

2. 1 Общие положения

Согласно “Методике оценки воздействия подвижного состава на путь по условиям обеспечения его надежности” расчет содержит способы практического расчета нагрузок и напряжений в элементах верхнего строения пути от воздействия на него подвижного состава. Результаты этих расчетов применяются для:

- установления условий обращения нового или модернизированного подвижного состава самостоятельно или в комплексе с результатами испытаний и других исследований;

- проведение технико-экономических расчетов по выбору параметров основных элементов верхнего строения пути для заданных условий эксплуатации;

- расчетов по установлению рациональных скоростей движения подвижного состава в различных условиях эксплуатации.

2.2 Основные положения статического и динамического расчета

Основной характеристикой для статического расчета является связь между упругим прогибом U в каждом сечении и упругим погонным отпором q в том же сечении. При нелинейной зависимости эта связь выражается в виде:

(2.1)

Знак минус поставлен потому, что направление упругого отпора всегда обратно упругому прогибу, его вызвавшему, без учета знака:

(2.2)

При линейной зависимости, которая обычно принимается в практических расчетах, при этом без учета знака:

(2.3)

(2.4)

Обычно параметр определяется экспериментально. Этот параметр является важнейшим в расчетах прочности. Он называется модулем упругости подрельсового основания и представляет собою погонный упругий отпор основания, отнесенный к единице прогиба.

При рассмотрении условий динамического равновесия системы колесо-путь внешними воздействиями на систему считаются силы земного притяжения, создающие весовую составляющую , и силы инерции колеблющейся обрессоренной массы, передаваемой на колесо через рессорный комплект. Реактивными силами системы являются все рассмотренные выше силы инерции, в том числе возбуждаемые несовершенствами пути и колеса, а также силы упругого и неупругого отпора пути.

Согласно принципу Даламбера внешние силы должны в каждый момент времени уравновешиваться реактивными силами, в том числе силами инерции. Таким образом, основное дифференциальное уравнение динамического равновесия механической системы колесо-путь будет следующим:

(2.5)

Все составляющие силового взаимодействия, участвующие в дифференциальном уравнении – величины вероятностные, вступающие между собой в вероятностную композицию. Отсюда вытекает, что при учете лишь воздействия подвижного состава на путь (исключая влияние природных факторов и собственных воздействий) необходимо расчеты пути проводить на базе не только механики, но и теории вероятности.

2.3 Определение эквивалентной нагрузки на путь

При расчете рельса как балки на сплошном упругом основании система сосредоточенных колесных нагрузок (рисунок 2.1) заменяется эквивалентными одиночными нагрузками, соответственно при определении изгибающих моментов и напряжений в рельсах с помощью функции и при определение нагрузок и прогибов с помощью функции . Поскольку в силу случайной природы вероятный максимум динамической нагрузки расчетного колеса не совпадает с вероятным максимумом нагрузок соседних колес, то при определении эквивалентных нагрузок принимается максимальная вероятная нагрузка расчетного колеса и среднее значение нагрузок соседних колес.

Максимальная эквивалентная нагрузка для расчетов напряжений в рельсах от изгиба и кручения определяется по формуле:

, (кг) (2. 6)

где: - ординаты линии влияния изгибающих моментов рельсов в сечениях пути, расположенных под колесными нагрузками от осей экипажа, смежных с расчетной осью.

Величина ординаты может быть определена по формуле:

, (2. 7)

где: - коэффициент относительной жесткости рельсового основания и рельса, см^-1;

- расстояние между центром оси расчетного колеса и колеса - той оси, смежной с расчетной (таблица 2.1);

- основание натуральных логарифмов ( = 2.72828…).

Максимальная эквивалентная нагрузка для расчетов напряжений и сил в элементах подрельсового основания определяется по формуле:

, (кг) (2. 8)

где: -ординаты линии влияния прогибов рельса в сечениях пути, расположенных под колесными нагрузками от осей экипажа, смежных с расчетной осью.

равной при определении влияния соседних колес через вычисление эквивалентных нагрузок и равной при определении влияния соседних шпал на напряжения в балласте на глубине .

При >5.5 влияние средних нагрузок от осей смежных с расчетной осью можно пренебречь ввиду его незначительности.

. (2. 9)

Величины функций и для различных значений . Абсцисса принимается

2.4 Определение показателей напряженно-деформированного состояния элементов конструкции верхнего строения пути

Изгибающий момент в рельсах от воздействия эквивалентной нагрузки:

, (кг см) (2.10)

Максимальная нагрузка на шпалу:

, (кг) (2.11)

Максимальный прогиб рельса:

, (см) (2.12)

Максимальное напряжение в элементах верхнего строения пути определяются по формулам:

- в подошве рельса от его изгиба под действием момента М:

, (кг/см²) (2.13)

- в кромках подошвы рельса:

, (кг/см² ) (2.14)

- в шпале на смятие под подкладкой (при деревянной шпале) и в прокладке при железобетонной шпале:

, (кг/см² ) (2.15)

- в балласте под шпалой :

, (кг/см²) (2.16)

где: - момент сопротивления рельса относительно его подошвы, см³ (таблица 2.2);

- коэффициент перехода от осевых напряжений в подошве рельса к кромочным, учитывающий действие горизонтальных нагрузок на рельс и эксцентриситет приложения вертикальной нагрузки;

- площадь рельсовой подкладки, см² (таблица 2.2);

- площадь полушпалы с учетом поправки на ее изгиб, см².

Определение напряжений в балласте на глубине

Расчетная формула для определения нормальных напряжений в балласте (в том числе и на основной площадке земляного полотна) на глубине от подошвы шпалы по расчетной вертикали имеет вид:

, (МПа) (2.17)

где: и - напряжения от воздействия соответственно 1-ой и 3-ей шпал, лежащих по обе стороны от расчетной шпалы;

- напряжения от воздействия 2-ой шпалы (расчетной) в сечении пути под расчетным колесом.

Нормальные вертикальные напряжения под расчетной шпалой определяются на основе решения плоской задачи теории упругости при рассмотрении шпального основания как однородной изотропной среды по формуле:

, (кг/см²) (2.18)

, (2.19)

, (2.20)

, (2.21)

где: - напряжения под расчетной шпалой на балласте, осредненное по ширине шпалы, кг/см²;

- ширина нижней постели шпалы, см;

- глубина балластного слоя от подошвы шпалы, см;

- переходный коэффициент от осредненного по ширине шпалы давления на балласт к давлению под осью шпалы, при принимается ;

- коэффициент, учитывающий неравномерность распределения давления вдоль шпалы и пространственность приложения нагрузки.

Учитывая что расчетная ось находится над второй (расчетной) шпалой, получаем соответственно под первой и третьей шпалами:

, (МПа) (2.22)

, (МПа) (2.23)

где: и -среднее значение напряжений по подошве соседних с расчетной шпал, МПа ;

- коэффициент, учитывающий расстояние между шпалами , ширину шпалы и глубину .

Для трехосной (или четырехосной) тележки расчетным колесом при определении воздействия на балласт на глубине будет второе колесо (рисунок 2.1).

Напряжения в балласте под соседними с расчетной шпалами определяются из условия максимальной динамической нагрузки расчетного колеса, расположенного над расчетной шпалой и средних нагрузок от остальных колес (рисунок 2.1).

Рисунок:2.1-Учет нагрузок от осей экипажа при определении напряжений на основной площадке земляного полотна

- под шпалой №1;

- под шпалой №3

При определении ординат индексы означают:

- расстояние между осями шпал;

-расстояния соответственно между 1-ой и 2-ой.

2.5 Оценочные критерии прочности пути

В правилах расчета железнодорожного пути на прочность издания 2003 г[4], в качестве оценочных критериев прочности пути были приняты :

1.[_к] – допускаемые напряжения растяжения в кромке подошвы рельса, обусловленные его изгибом и кручением вследствие вертикального и поперечного горизонтального воздействия колес подвижного состава;

2.[_ш] – допускаемые напряжения на смятие в деревянных шпалах (прокладках на железобетонных) под подкладками, осредненные по площади подкладки;

3.[_б] – допускаемые напряжения сжатия в балласте под шпалой в подрельсовой зоне;

4.[_з] – допускаемые напряжения сжатия на основной площадке земляного полотна в подрельсовой зоне.

Для оценки прочности пути сравнением действующих напряжений с указанными допускаемыми их значениями используется уровень вероятности 0,994, т.е. под действующими напряжениями понимаются их максимальные значения, определяемые суммированием к средним их значениям 2,5 среднего квадратичного отклонения, что обеспечивает уровень вероятности по теории Гаусса.

Критерии прочности пути определены из условия обеспечения его надежности в зависимости от класса путей, нормируемой в соответствии с «Положением о системе ведения путевого хозяйства на железных дорогах Российской Федерации»[5]: