Для анализа участка модернизации Икура – Аур – Ин, просчета времени хода поездов, анализа скоростей их движения использован учебный программный комплекс ИСКРА – ПТР.

Начальными условиями для тяговых расчетов являются существующий план и профиль пути, раздельные пункты, допускаемые скорости движения поездов, тип подвижного состава. Все эти параметры приведены в Приложении А рис.А.1-4.

В ходе расчета были получены графики скорости движения поезда по участку, режимы работы локомотива, вычислено время хода поезда от начальной до конечной станции, затраты электроэнергии. Результаты приведены в приложении А на рис.А.5-7.

2 РАСЧЕТ ВЕРХНЕГО СТРОЕНИЯ ПУТИ НА ПРОЧНОСТЬ И УСТОЙЧИВОСТЬ.

1. Устойчивость подвижного состава против схода от вкатывания гребня колеса на рельс

Внешними, действующими на рельсовые нити, будут следующие силы и моменты:

1) полная динамическая вертикальная нагрузка , передаваемая от левого колеса на рельс А в точке О;

2) полная динамическая вертикальная нагрузка , передаваемая от правого колеса на рельс В по кругу катания колеса;

3) моменты М₁ и М₂ действующие на шейки оси. Как известно, нагрузка от вагона приложена через буксы к шейкам оси колесной пары, а ее воздействие на рельсы может быть эквивалентно представлено вертикальными силами и и моментами и ;

4) динамическая рамная сила max Y_р, приложенная на расстоянии l_р от точки контакта левого колеса с рельсом А. При этом обычно принимают, что

, (4.1)

где r_к – радиус колеса, м; r_ш – радиус шейки оси, м.

Реакции рельсовых нитей обозначены:

F₁ – сила трения гребня колеса по рабочей грани головки рельса А определяется по формуле

, (4.2)

где f_р – коэффициент трения скольжения гребня колеса по рельсу А (f_р = 0,25); N₁ – нормальная к плоскости С-с реакция рельса А

. (4.3)

F₂ – сила трения бандажа колеса по поверхности катания головки рельса В определяется по формуле

, (4.4)

где N₂ – реакция рельса В определяется по формуле

. (4.5)

Силы трения F₁ и F₂ действуют в стороны, обратные направлениям скольжения соответствующих колес. Коничность колес не учитывается.

Нагрузки на колесо обозначены:

Р_1-ш и Р_2-ш – расчетные нагрузки на шейки колесной пары в кривой определяются по формулам

, (4.6)

, (4.7)

где Р_ст – статическая нагрузка от колеса на рельс, (для груженого вагона Р_ст = 115 кН); q_к – необрессоренный вес, приходящийся на одно колесо (q_к = 9,95 кН); k_д – коэффициент динамики; ΔР_ц – дополнительная догрузка одного колеса и разгрузка другого под действием центробежной силы, кН, определяется по формуле

, (4.8)

где Q_куз – масса кузова с грузом, т; Н_ц – расстояние от головки рельса до места приложения центробежной силы (Н_ц = 2 м); l_р – расстояние от головки рельса до приложения рамной силы (для грузового вагона l_р = 0,55 м);
g – ускорение свободного падения (g = 9,81 м/с); n – число осей экипажа (для грузового вагона n = 2); S_ш – расстояние между точками приложения сил к шейкам оси (для грузового вагона S_ш = 2,036 м); а_нп – величина непогашенного ускорения при движении вагона в кривой определяется по формуле (3.11).

М₁ и М₂, – величины моментов действующих на шейки оси определяются по формулам

(4.9)

, (4.10)

где а₁ и а₂ – расчетные консоли шеек оси.

и – полные расчетные нагрузки на рельсы определяются по формулам

, (4.11)

. (4.12)

Рамная сила Y_р определяется по рис. 3.2 в зависимости от величины непогашенного ускорения а_нп.

Коэффициент устойчивости против вкатывания гребня колеса на рельс определяется отношением сил, препятствующих подъему колеса к силам вызывающим этот подъем:

. (4.13)

Коэффициенту k=1,0 соответствует предельному состоянию устойчивости, гарантированная устойчивость обеспечивается при:

k = 1,4 – для локомотивов;

k = 1,3 – для грузовых вагонов;

k = 1,6 – для пассажирских вагонов;

k = 1,4 – для изотермических вагонов.

При расчетах можно принять угол т между горизонталью и касательной рабочей грани головки рельса в точке О касания гребня колеса с рельсом упорной нити для вагонов равным 60° и локомотивов 70°. У четырехосного грузового вагона l_р = 0,55 м, a₁ = 0,264 м, а₂ = 0,168 м, f_р = 0,25.

Предотвращению вползания гребня колеса на головку рельса способствуют:

– увеличение нагрузки на рельс ;

– уменьшение величин рамных сил (уменьшение величин горизонтальных неровностей пути и непревышение допускаемых величин поперечных ускорений ± 0,3 м/с² у грузовых поездов);

– уменьшение сил трения (лубрикация рельсов);

– увеличение угла наклона рабочей грани головки рельса (репрофилирование изношенных рельсов).

Цель расчета – определить коэффициент устойчивости колеса на рельсе в кривой при проходе грузового поезда. Теоретическая устойчивость колеса на рельсе обеспечивается при расчетных значениях коэффициента устойчивости больше заданного в трех режимах движения (режим тяги, плановое и экстренное торможение).

Расчет

Таблица 1.7 Исходные данные

R, м	V, км/ч	Qкуз, т	kд
300	80	82,2	0,35

По формуле (3.12)

мм.

По формуле (3.11)

м/с².

По формуле (4.9)

кН.

По формулам (4.6), (4.7)

кН;

кН.

По формулам (4.11), (4.12)

кН;

кН.

По формулам (4.9), (4.10)

кНм;

кНм.

Рамная сила (рис. 3.2)

при кН – кН;-

при кН – кН;

при кН – кН.

По формуле (4.5)

при кН –

кН;

при кН –

кН;

при кН –

кН.

По формуле (4.4)

при кН – кН;

при кН – кН;

при кН – кН.

По формуле (4.3), при ,

при кН –

кН;

при кН –

кН;

при кН –

кН.

По формуле (4.2)

при кН – кН;

при кН – кН;

при кН – кН.

По формуле (4.13)

при кН – ;

при кН – ;

при кН – .

Вывод: Теоретическая устойчивость колеса на рельсе обеспечивается при всех трех режимах движения, так как коэффициент устойчивости k = 1,3.

Для грузовых поездов оптимальным считается поперечное непогашенное ускорение м/с2, в данном случае м/с2.

Для обеспечения плавности прохода кривой рекомендуется откорректировать величину возвышения наружного рельса.

1. Определение модуля упругости рельсового основании экспериментальным путем

Расчеты прочности пути основаны на положении, что его конструкция находится в исправном состоянии, соответствующем требованиям ПТЭ и действующим нормам. Геометрические параметры рельсовой колеи должны соответствовать удовлетворительному состоянию пути [1, 2].

Важнейшими характеристиками упругих свойств верхнего строения пути являются модуль упругости рельсового основания и коэффициент относительной жесткости рельсового основания и рельса.

Модуль упругости рельсового основания U численно равен равномерно распределенной реакции основания, возникающей на единицу длины рельса при упругой осадке основания, равной единице.

Модуль упругости рельсового основания летом для типовых конструкций находится в пределах 230…295 кг/см² при деревянных шпалах и щебеночном балласте и 1100…1670 кг/см² при железобетонных шпалах. Зимой модуль упругости увеличивается в 1,5…2,0 раза. Величина модуль упругости рельсового основания зависит от вида и эпюры шпал, вида балласта и состояния земляного полотна.

Обычно параметр модуля упругости рельсового основания определяется экспериментально несколькими способами. На рис. 1.1 приведена схема прогиба рельса под воздействием вертикальной одиночной силы.

Рис. 1.1. Схема прогиба рельса под

воздействием вертикальной одиночной

силы

Способ 1 (по величине просадки).

Величина просадки рельса определяется по формуле

, (1.1)

где у – величина просадки рельса, см; Р – вертикальная одиночная сила, кг; К – коэффициент относительной жесткости рельсового основания определяемый по формуле (1.2), см^-1; U – модуль упругости рельсового основания, кг/см².

, (1.2)

где Е – модуль упругости рельсовой стали ( кг/см²); I – момент инерции поперечного сечения рельса относительно центральной горизонтальной оси (для рельса Р65 см⁴).

Подставляя выражение (1.2) в (1.1) получается расчетная формула первого способа

, (1.3)

где U_i – расчетная величина модуля упругости, кг/см²; – разница величин вертикальной одиночной силы заданной в экспериментах, кг; – разница величин прогиба рельса полученной в экспериментах, см.