Диплом Кривенко (Переустройство железнодорожного пути Сахалинского региона на общесетевую колею), страница 3

, кг (1.17)

, кг (1.18)

где y_max - наибольший дополнительный прогиб рельса при вынужденных колебаний катящегося по ровному рельсу колеса с изолированной неровностью на поверхности катания, см.

Для подавляющего числа расчетных случаев при скорости движения V≥20 (км/ч) y_max=1,47·e, где e - расчетная глубина плавной изолированной неровности на поверхности катания колеса, принимаемая равной 2/3 от предельной допускаемой глубины неровности, e=0,067. Коэффициент α₀, учитывающий влияние масс пути и экипажа, приведен в таблице 1.2.

Расчетные характеристики экипажной части подвижного состава и конструкции верхнего строения пути приведены в таблицах 1.4 и 1.5. Геометрические параметры рельсовой колеи должны соответствовать при расчетных характеристиках пути удовлетворительному его состоянию. Изменения конструкции пути и экипажной части подвижного состава должны учитываться соответствующими изменениями расчетно-механических характеристик. Значение модуля упругости пути U и коэффициента относительной жесткости рельсового основания и рельса k в таблице 1.5 приведены для летних условий.

Таблица 1.4

Расчетные характеристики локомотива

Обозначения, принятые в таблице:

Р_ст - статическая нагрузка от колеса на рельс; q - отнесенный к колесу вес необрессоренных частей; Ж - приведенная к колесу жесткость рессорного подвешивания; f_ст - статический прогиб рессорного подвешивания; d - диаметр колеса по кругу катания; n - количество осей тележки; L_i - расстояние между центрами осей колесных пар тележки экипажа; l_o - расстояние между последней осью первой тележки и первой осью второй тележки; V_констр - конструкционная скорость, значение скорости, при которой на стадии проектирования производятся расчеты прочности, надежности, динамических качеств и воздействия на путь железнодорожных экипажей.

Таблица 1.5

Расчетные характеристики пути на щебеночном балласте, ж/б

шпалах, подрельсовые прокладки толщиной 5-6 мм.

Окончательно формула для определения S_инк приобретает вид:

, кг (1.19)

Расчет выполнен для 4^х - осных на тележках ЦНИИ-ХЗ

,

1.2.2.1. Определение изгибающих моментов в рельсах и эквивалентной нагрузки на путь.

При расчете рельса как балки на сплошном упругом основании система сосредоточенных колесных нагрузок (рисунок 1.1.) заменяется эквивалентными одиночными нагрузками, соответственно при определении изгибающих моментов и напряжений в рельсах с помощью функции и при определении 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

(1.20)

где m_i - ординаты линии влияния изгибающих моментов рельсов в сечениях пути, расположенных под колесными нагрузками от осей экипажа, смежных с расчетной осью, равный (-0,0645).

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

(1.21)

где h_i - ординаты линии влияния прогибов рельса в сечениях пути, расположенных под колесными нагрузками от осей экипажа, смежных с расчетной осью, равный (-0,0409).

Максимальное напряжение в элементах верхнего строения пути определяются по формулам:

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

, МПа (1.22)

- в кромке подошвы рельса:

, МПа (1.23)

- в кромке головки рельса:

, МПа (1.24)

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

, МПа (1.25)

- в балласте под шпалой:

, МПа (1.26)

где W - момент сопротивления рельса относительно его подошвы, см³ (таблица 1.2); - 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 (табл. 1.2); Ω_α - площадь полушпалы с учетом поправки на ее изгиб, см² (табл. 1.2); z_г и z_n – расстояния от горизонтальной нейтральной оси до крайних волокон соответственно головки и подошвы с учетом износа, см; b_г и b_n – ширина соответственно головки и подошвы рельса, см.

Рисунок 1.1. Линии влияния прогибов h(х) и моментов m(х)

от действия колесной нагрузки Р₂.

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

, МПа (1.27)

где σ_h1 и σ_h3 - напряжения от воздействия соответственно 1-ой и 3-ей шпал, лежащих по обе стороны от расчетной шпалы; σ_h2 - 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:

, МПа (1.28)

, (1.29)

, (1.30)

где σ_бр - напряжения под расчетной шпалой на балласте, осредненное по ширине шпалы, МПа; b - ширина нижней постели шпалы, для ж/б шпал b=27,5 см; h - глубина балластного слоя от подошвы шпалы, h=60 см; m - переходный коэффициент от осредненного по ширине шпалы давления на балласт к давлению под осью шпалы, при m<1 принимается m=1;

(1.31)

где σ_Б1 и σ_Б3 - среднее значение напряжений по подошве соседних с расчетной шпал, МПа; А - коэффициент, учитывающий расстояние между шпалами , ширину шпалы b и глубину h (см. рисунок 1.2.).

, (1.32)

Углы и (в радианах) между вертикальной осью и направлениями от кромки шпалы до расчетной точки (рисунок 1.2.) определяются по формулам

, (1.33)

Приведенные выше формулы применимы при h > 15 см.

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.

, МПа (1.34)

,Н (1.35)

, МПа (1.36)

,Н (1.37)

Рисунок 1.2. Схема передачи давления на земляное полотно

от трех смежных шпал

Расчет:

В пункте были произведены расчеты пути на прочность и при сравнении полученных результатов с допускаемыми оценочными критериями прочности определили, что полученные результаты не превышают максимально допустимых норм. Из этого следует, что конструкция пути соответствует всем нормам прочности пути и не требует каких либо изменений.

1.2.3. Расчет коэффициента устойчивости против вкатывания гребня колеса на рельс.

При набегании колеса на рельс оно не должно накатываться своим гребнем на него, т.е. необходимо предотвратить вползание колеса на головку рельса. А если колесо окажется по некоторым причинам приподнятым, то необходимо, чтобы оно опустилось вниз.

Рисунок 1.3. Расчетная схема определения устойчивости колеса на рельсе.