Arhipov_Artem_Jur'evich_2017 (Обоснование проектных решений по модернизации железнодорожного пути на участке Белогорской дистанции пути ЗабДИ), страница 3

σ_t = 2,5Δt, (2.2)

где Δt – разница между расчетной и нейтральной (температура закрепления плети при укладке) температурами плетей,

Мпа.

Исходя из вышесказанного, допускаемое расчетное напряжение в рельсах бесстыкового пути, МПа, (с термоупрочненными рельсами) определяется как:

_(2.3)

МПа

2.2.1 Расчет верхнего строения пути на прочность.

Верхнее строение пути рассчитывают на: прочность при совместном действии поездных и температурных сил; устойчивость всей конструкции в целом и режиме эксплуатации; долговечность, с определением межремонтных сроков по капитальным работам и схем периодичности ремонтов пути; экономичность [3, 5].

При изготовлении рельсов на металлургических заводах, укладке их в путь, а также работе под воздействием поездов и природно-климатичес­ких факторов в рельсах возникают напряжения, которые разделяют на постоянные и временные [3].

Постоянные напряжения – это собственные, которые с течением времени лишь несколько изменяют свою величину за счет релаксации.

Временные напряжения возникают и действуют только в период действия подвижной нагрузки и изменений температур. Временные напряжения от колесной нагрузки возникают и исчезают практически мгновенно (до 0,1–0,2 с) и являются динамическими, а от температурных сил – действуют и изменяются сравнительно медленно (до 2–3 ч) и являются статическими [3].

Цель расчета – установить зависимость напряжений в элементах верхнего строения пути от скоростей движения подвижного состава и определить возможность эксплуатации пути при заданных скоростях движения. Для возможности эксплуатации пути с заданными скоростями расчетные (действующие) значения напряжения в элементах конструкции верхнего строения пути не должны превышать предельно допустимых значений, т. е. должно быть , в противном случае необходимо предусмотреть усиление конструкции пути, что приведет к ее удорожанию, либо ограничить скорость движения по участку [3].

Для расчета верхнего строения пути на прочность принимаем локомотив ВЛ80.

Характеристики локомотива ВЛ80 приведены в таблице 2.1

Таблица 2.1

Тип и серия подвиж­ного состава	Рст, кг	q, кг	Ж, кг/мм	fст, мм	d, см	n, шт.	li, см	lо, см	Vкон, км/ч	f
ВЛ80	12000	2760	116	128	125	2	300	450	110	1,44

Расчет выполнен для скорости V = 80 км/ч.

Расчетные характеристики пути указаны в таблице 2.2

Характеристика конструкции пути	U, кг/см2	k, см-1	lш, см	L	W(0) см3	a0	w, см2	Wa, см2
Р65 1840 (ЖБ) Щ ЖБР-65	940	0.0134	55	0,870	417	0,403	612	3092

Таблица 2.2

Для электровоза Z_max определяется по формуле:

(2.4)

мм

Вертикальная составляющая нагрузки колеса на рельс, возникающую за счет колебания кузова на рессорах определяется по формуле:

(2.5)

где Ж – приведенная к колесу жесткость рессорного подвешивания, кг/мм; Z_max – динамический прогиб рессорного подвешивания, мм [2].

кг.

Средняя динамическая нагрузка колеса на рельс определяется по формуле:

(2.6)

где Р_ст – статическая нагрузка колеса на рельс, кг; – динамическая максимальная нагрузка колеса на рельс от вертикальных колебаний надрессорного строения, кг; [2].

кг.

Среднее квадратическое отклонение динамической нагрузки колеса на рельс от вертикальных колебаний надрессорного строения определяется по формуле:

(2.7)

кг.

Среднее квадратическое отклонение динамической нагрузки колеса на рельс S_нп от сил инерции необрессоренных масс возникающих при проходе изолированной неровности пути определяется по формуле:

(2.8)

где L – коэффициент зависящий от типа конструкции верхнего строения пути; l_ш – расстояние между осями шпал, см; U – модуль упругости рельсового основания, кг/см2; k – коэффициент относительной жесткости рельсового основания и рельса, см-1; q – отнесенный к колесу вес необрессоренных частей; V – скорость подвижного состава, км/ч [2].

кг

Среднее квадратическое отклонение динамической нагрузки колеса на рельс S_ннк от сил инерции необрессоренной массы при движении колеса с плавной непрерывной неровностью на поверхности катания определяется по формуле:

(2.9)

где α₀ – коэффициент, характеризующий отношение необрессоренной массы колеса и участвующей во взаимодействии массы пути; d – диаметр колеса, см. [3].

кг.

Среднее квадратическое отклонение динамической нагрузки колеса на рельс S_инк от сил инерции необрессоренной массы , возникающих из-за наличия на поверхности катания плавных изолированных неровности определяется по формуле:

(2.10)

где e – расчетная глубина плавной изолированной неровности на поверхности катания колеса (e = 0,047 см) [3].

кг

Среднее квадратическое отклонение динамической вертикальной нагрузки колеса на рельс S определяется по формуле композиции законов распределения его составляющих

(2.11)

где S_p – среднее квадратическое отклонение динамической нагрузки колеса на рельс от вертикальных колебаний надрессорного строения, кг; S_нп – среднее квадратическое отклонение динамической нагрузки колеса на рельс от сил инерции необрессоренных масс при прохождении колесом изолированной неровности пути, кг; S_ннк – среднее квадратическое отклонение динамической нагрузки колеса на рельс от сил инерции необрессоренных масс, возникающих из-за непрерывных неровностей на поверхности катания колес, кг; S_инк – среднее квадратическое отклонение динамической нагрузки колеса на рельс от сил инерции необрессоренных масс, возникающих из-за наличия на поверхности катания колес плавных изолированных неровностей, кг; [3].

кг

Определения максимальной динамической нагрузки колеса на рельс , которая определяется по формуле:

(2.12)

где Р_ср – среднее значение вертикальной нагрузки колеса на рельс, кг; S – среднее квадратическое отклонение динамической вертикальной нагрузки колеса на рельс, кг; l – нормирующий множитель, определяющий вероятность события, т. е. появление максимальной динамической вертикальной нагрузки. Вероятность события (возникновения ) равна 0,994, при этом значение l = 2,5.

кг.

Величина ординаты μ_i определяется по формуле:

(2.13)

где l_i – расстояние между центром оси расчетного колеса и колеса
i-й оси, смежной с расчетной; e – основание натуральных логарифмов (e = 2,71828…).

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

(2.14)

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

кг

Величина ординаты η_i определяется по формуле:

(2.15)

Максимальная эквивалентная нагрузка для расчетов напряжений и сил в элементах рельсового основания, кг, определяется по формуле

(2.16)

где η_i – ординаты линии влияния прогибов рельса в сечениях пути, расположенных под колесными нагрузками от осей экипажа, смежных с расчетной осью [3].

кг.

Максимальное напряжение в элементах верхнего строения пути, кг/см², определяются по формулам:

– в подошве рельса от его изгиба под действием момента

(2.17)

кг/см².

– в кромках подошвы рельса

(2.18)

кг/см²

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

(2.19)

кг/см²

– в балласте под шпалой

(2.20)

кг/см²

где W – момент сопротивления рельса относительно его подошвы, см³;
f – коэффициент перехода от осевых напряжений в подошве рельса к кромочным, учитывающий действие горизонтальных нагрузок на рельс и эксцентриситет приложения вертикальной нагрузки; ω – площадь рельсовой подкладки, см²; Ω – площадь полушпалы с учетом поправки на ее изгиб, см².

Вывод: так как _к[_к] (1525.978  2000 кг/см2), _ш[_ш] (14.037  16 кг/см2), _б  [_б] (2.778  4,2 кг/см2) – условие прочности в элементах конструкции верхнего строения пути выполняется, следовательно данную конструкцию можно

эксплуатировать с установленной скоростью (V = 80 км/ч).

Результаты расчета напряжений для электровоза ВЛ80 при реконструкции пути Р65 1840 (ЖБ) Щ ЖБР-65 приведены в таблице 2.3

Таблица 2.3

Скорость движения Км/ч	Напряжения, МПа
	в подошве рельса от его изгиба под действием момента,	в кромках подошвы рельса,	в шпале на смятие и в прокладке,	в балласте под шпалой,
80	103.92	149.64	1.376	0.2724
90	110.63	159.32	1.466	0.2903
100	117.62	169.37	1.560	0.3088
110	124.88	179.83	1.657	0.3281
120	132.45	190.73	1.759	0.3482