Kolesnikov Sergej Ivanovich 2016 (Проект укладки бесстыкового пути на Дальневосточной железной дороге дв), страница 4

см;

радиан;

радиан;

см;

кг;

кг/см²;

кг;

кг/см²;

кг/см²;

кг/см²;

кг/см²;

кг/см².

Т.к. полученные результаты не превышают максимально допустимых норм, то данная конструкция пути соответствует всем нормам прочности пути и каких-либо изменений не требуется.

1.3 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. Расчётная схема определения устойчивости колеса на рельсе приведена на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3. Расчетная схема определения устойчивости колеса на рельсе.

Р_1-ш и Р_2-ш – нагрузка от кузова на шейки оси колесной пары; Р_1-р – полная динамическая вертикальная нагрузка передаваемая от левого колеса на рельс A в точке O; Р_2-р- правая динамическая вертикальная нагрузка, передаваемая от правого колеса на рельс B по кругу катания колеса; М₁ и М₂ – моменты, действующие на шейки оси; а₁и а₂ – расчетные консоли шеек оси; Y_р – рамная сила; l_р – расстояние от головки рельса до приложенной рамной силы; J_н – центробежная сила; Н_ц – расстояние от головки рельса до места приложения центробежной силы; F₁ и F₂ – силы трения гребня и поверхности катания колес по рельсам; N₁ и N₂ – реакции рельсов; S₁ – расстояние между точками контакта колес с рельсами; S_ш - расстояние между точками приложения сил к шейкам оси.

Моменты действующие на шейки оси определяется по формуле:

; (1.28)

. (1.29)

Вертикальные нагрузки на шейки оси от необрессоренной части экипажа определяется по формуле

; (1.30)

, (1.31)

где Р_ст – статическая нагрузка колеса на рельс, Н;

q_к – отнесенный к колесу вес необрессоренной части экипажа, Н;

к_Д – коэффициент динамики, к_Д=0,28

Динамическая рамная сила maxY_р, приложенная на расстояние l_р от точки контакта левого колеса с рельсом А. При этом обычно принимают, что

, (1.32)

где r_k – радиус колеса, м;

r_ш – радиус шейки оси, м.

У грузового вагона l_р= 0,475+0,075=0,55 м.

Сила трения гребня колеса по рабочей грани головки рельса определяется по формуле:

, (1.33)

где: N₁ – нормальная к плоскости C-C реакция рельса А, кг;

- коэффициент трения скольжения колеса по рельсу А.

Реакция рельса А определяется по формуле

, (1.34)

где: N₂ – вертикальная реакция рельса B, кг;

F₂ – сила трения бандажа колеса по поверхности катания головки рельса B, кг;

- угол горизонталью рабочей гранью головки рельса

. (1.35)

Реакция рельса В определяется по формуле:

. (1.36)

Коэффициент устойчивости против вползания колеса на рельс определяется отношением сил, препятствующим подъему колеса, к силам вызывающим этот подъем

, (1.37)

где: Y_р – рамная сила, кг.

При расчетах можно принять угол τ между горизонталью и касательной к рабочей грани головки рельса в точке O касания гребня колеса с рельсом упорной нити для вагонов равным 60⁰. У четырехосного грузового вагона l_р = 0,55 м, а₁ = 0,264 м, а₂ = 0,168 м, f_p = 0.25.

Непогашенная часть центробежной силы, приходящаяся на одно колесо определяется по формуле:

, (1.38)

где: g – ускорение силы тяжести, 9,81, м/с²;

n – число осей экипажа (для грузового вагона n=2);

а_нп – непогашенное ускорение, м/с²;

Q_куз – вес кузова брутто, кг.

, (1.39)

где: Q_бр – грузоподъемность, кг (для 4-осного вагона Q_бр=91500 кг);

Q_тел – вес тележки ЦНИИ-Х3, кг (Q_тел=4650 кг).

Дополнительная нагрузка определяется по формуле:

, (1.40)

где: Н_ц – расстояние от головки рельса до места приложения центробежной силы (у груженого вагона Н_ц = 2 м);

S_ш – расстояние между серединами шеек колесной пары ( у грузового вагона S_ш = 2,036 м);

Полные расчетные нагрузки от колес на головки рельсов определяется по формулам:

; (1.41)

. (1.42)

Величина непогашенного ускорения определяется по формуле

, (1.43)

где V – скорость движения, км/ч;

R – радиус кривой, м;

h – возвышение наружного рельса, м;

S₁ – расстояние между осями рельсов, S₁ = 1,6 м.

Величину возвышения наружного рельса принимаем h = 80 мм.

Расчет:

м/с²;

кг;

кг;

кг;

кг;

кг;

кг;

;

.

Определим реакцию рельса B при трех величинах рамной силы, при разных тормозных силах N_T=0 кг; N_T=70000 кг; N_T=100000 кг

кг;

кг;

кг;

кг;

кг;

кг;

Устойчивость колеса на рельсе обеспечивается при всех режимах движения, так как коэффициент устойчивости к ≥ 1,3. Временное ограничение скорости не требуется.

1.4 Расчет устойчивости против поперечного сдвига пути

Поперечный сдвиг рельсошпальной решетки под поездом является прямой угрозой безопасности движения поездов. При неблагоприятных сочетаниях воздействующих на путь вертикальных и горизонтальных поперечных сил может произойти поперечный сдвиг рельсошпальной решетки по балласту, особенно загрязненному или в талом состояние.

Рисунок 1.4. Расчетная схема определения поперечной устойчивости пути.

Р₁ и Р₂ – нагрузка от колеса на рельсы; Y_б – боковая сила на упорный рельс; Q₁ и Q₂ – давление рельсов на шпалу; Н_ш-1 и Н_ш-z – поперечные силы, дейстжю.жвующие на шпалу от двух рельсов; С₀ – начальное сопротивление смещению шпалы; F_тр – сила трения шпалы по балласту; f_р – коэффициент трения скольжения колеса по рельсу.

Из расчета на прочность известно, что

, (1.44)

где: К_в – коэффициент относительной жесткости подрельсового основания и рельса,к_в = 1,578, м^-1;

l – расстояние между осями шпал, м.

Удерживающая от сдвига шпал сила – сопротивление их поперечному перемещению в балласте определяется по формуле:

, (1.45)

где: С₀ – начальное сопротивление смещению шпал при отсутствии вертикальной нагрузки, С₀ = 200 кг;

F_тр – сила трения шпалы по балласту при наличии вертикальной нагрузки, кг;

- коэффициент трения шпалы по балласту.

Поперечная сдвигающая сила является равнодействующей двух сил, приложенных к рельсам и определяется по формуле

, (1.46)

где: f_p – коэффициент трения скольжения колеса по рельсу,

f_p=0,25.

Поскольку наибольшие боковые силы передаются, как правило, от первых направляющих колес, сила трения принимается со знаком минус.

Поперечная сдвигающая сила Н_ш-1, действующая на шпалу от наружного рельса, и поперечная сила Н_ш-2, действующая на шпалу от второго (внутреннего) рельса и препятствующая сдвигу, определяется по формуле:

, (1.47)

, (1.48)

где: К_г – коэффициент относительной жесткости подрельсового основания и рельса в горизонтальной плоскости, м^-1.

(1.49)

Суммарная сила, сдвигающая шпалу, определяется по формуле:

, (1.50)

При торможении в кривой возникает дополнительная поперечная сила, которая определяется по формуле:

(1.51)

где N_т – тормозная сила, кг;

L_c – расстояние между центрами автосцепок вагона, м.

Коэффициент устойчивости пути против поперечного сдвига под поездом определяется отношением удерживающих и сдвигающих сил определяется по формуле:

, (1.52)

После сокращения на l / 2 формула примет вид

, (1.53)

Рассмотрим случай предельного равновесия, т.е. примем n = 1. При этом получим

, (1.54)

Отсюда видно, что путь под поездом с осевой нагрузкой Р_ср оказывается в предельном равновесии, если поперечная боковая сила достигает величины

. (1.55)

После деления левой и правой части на величину Р_ср получим предельно допустимое отношение поперечной боковой силы к вертикальной

, (1.56)

где: f_ш – железобетонные шпалы на щебне, f_ш = 0,45.

Путь можно считать устойчивым, если > .

Расчет:

м/с²;

кг;

кг;

Величины боковых сил Y_б при расчетном ускорении и тормозных силах N_T=0; N_T=70000 кг; N_T=100000 кг

кг;

кг;

кг;

кг;

кг;

кг;

кг;

кг;

кг;

кг;

Проверка выполнения условия:

Режим тяги N_T= 0 кг: 0,53 < 1,21 – условие выполняется;

Режим торможения N_T=70000 кг: 0,7 < 1,21 – условие выполняется;

Режим торможения N_T= 100000 кг: 0,8 < 1,21 – условие выполняется.

Так как условие > выполняется, то устойчивость пути против поперечного сдвига полностью обеспечивается.

1.5 Расчёты напряжений в элементах верхнего строения пути от действия подвижного состава выполненные на ЭВМ

По данным расчетов напряжений на ЭВМ (приложение А) были построены графики зависимости модуля упругости подрельсового основания, от статической нагрузки на колесо (рис.1.5 и рис.1.6).

Во всем диапазоне осевых нагрузок напряжения не превышают допускаемых, поэтому возможно применение рельсов типа Р65 на данном участке. Напряжения на шпале изменяется по линейному закону. Наибольшие напряжения не превышают допускаемых при данной грузонапряженности.

Напряжения на балласте под шпалой и в уровне основной площадки также изменяются по линейному закону, наибольшие значения ниже допускаемых. Для снижения уровня величин напряжений рекомендуется укреплять основную площадку земляного полотна прослойками из мелкозернистого песка, сортированного гравия.

П о выполненному ручному расчету зависимости напряжений в балласте , в шпале , в основной площадке и в кромке подошвы рельса близки к линейным. Напряжения возрастают с увеличением скорости, однако не превышают допускаемы