Диплом Наприенко (Проект укладки бесстыкового пути на участке Михайло-Чесноковской дистанции пути), страница 2

Участок двухпутный, электрифицированный,оборудованный автоблокировкой.В соответвии со сводной ведомостью классов и специализаций линийОАО «РЖД» [2] участок проектирования относится к железнодорожной линии1 класса, специализациа О – особогрузонапряженная железнодорожная линия сприведенной грузонапряженностью более 150 млн.т.км брутто/км.Грузонапряженность на участке – 42 млн.ткм бр/км в год, что соответствуетгруппе пути В (табл. 1.1).Согласно приказу начальника дороги «Об установлении допускаемых скоростей движения поездов на дороге по состоянию железнодорожного пути» наданном участке максимальная скорость пассажирского поезда составляет100 км/ч, грузового – 80 км/ч, что соответствует 3 подгруппе пути (табл.1.1).Класс пути участка проектирования 2. Полный код пути – 1О2В3.Для принятого класса, группы и подгруппы пути при капитальном ремонтеукладываются в путь следующие материалы верхнего строения пути [1]:- рельсы – типа Р65, категории ДТ350 новые;- скрепления – новые ЖБР-65Ш, в кривых радиусом менее 650 м ЖБР65ПШМ;- шпалы – железобетонные, Ш3Д.

Эпюра шпал в прямых и кривых радиусом более 1200 м - 1840 шт./км, в кривых радиусом 1200 м и менее –2000 шт./км. На участках пути с годовыми амплитудами температур рельсовболее 110 °С принимается эпюра шпал 2000 шп/км вне зависимости от плана;- балласт – щебеночный II категории, толщина балластной призмы подшпалой должна быть не менее 40 см.Лист10Размеры балластной призмы - в соответствии с типовыми поперечнымипрофилями.На участке проектирования располагаются следующие искусственные сооружения:- железобетонный мост – 1 шт;- ПЖБТ – 3 шт;- ОЖБТ – 2 шт.1.2 Расчеты пути на прочность и устойчивость1.2.1 Общие сведенияКонструкция верхнего строения пути по прочности, устойчивости и состоянию должна обеспечить безопасное и плавное движение поездов с наибольшими скоростями, установленными для данного участка. В основе требований,предъявляемых к конструкции верхнего строения пути, лежат условия обеспечения его прочности, устойчивости и экономичности. Расчетами на прочностьопределяется минимально необходимый тип верхнего строения пути в заданных условиях эксплуатации, а целесообразный тип верхнего строения пути определяется технико-экономическими расчетами [9, 10].Методика расчетов верхнего строения на прочность и устойчивость позволяет решать ряд задач:- определение напряжений и деформаций в элементах верхнего строенияпути в заданных условиях эксплуатации;- оценка возможности повышения осевых нагрузок и скоростей движенияпри заданной конструкции пути;- определение возможности работоспособности конструкции пути до очередного капитального ремонта;- анализ причин потери прочности и устойчивости пути;- проектирование новых конструкций.Лист11Современная методика распространяется на конструкции верхнего строения пути с рельсами длиной 12,5 и 25,0 м, в т.ч.

на рельсовые элементы стрелочного перевода (рамные рельсы, переводная кривая и др.).Вертикальные силы, передаваемые колесами экипажа рельсам при стоянке,называются статической нагрузкой.Динамические силы, действующие на путь, представляют собой алгебраическую сумму сил, каждая из которых вызвана определенным видом колебанийэкипажа, силами веса, центробежными силами и т.п.Вертикальные силы инерции необрессоренных масс в большинстве случаевявляются наибольшей составляющей динамического воздействия на рельс, апоэтому они в основном и определяют вертикальные динамические силы.

Причинами их возникновения могут быть колебания колес, вызванные неровностями пути и колес, а также извилистым движением колесных пар.Горизонтальные поперечные силы, направленные перпендикулярно оси пути, возникают в уровне поверхности катания колеса по рельсу и между гребнемколес и боковой поверхностью головок рельсов. Устойчивость и прочностьрельса зависит от полной поперечной силы (боковой), передаваемой ему колесом. Равнодействующая боковых сил от одной колесной пары называется рамной силой.1.2.2 Расчет пути на прочностьДинамическая максимальная нагрузка от колеса на рельс определяется поформулеmaxPдин Pср  S ,(1.1)где Pср – среднее значение вертикальной нагрузки колеса на рельс, кг; S – среднее квадратическое отклонение динамической вертикальной нагрузки колеса нарельс, кг;  – нормирующий множитель, определяющий вероятность события,т.е.

появления максимальной динамической вертикальной нагрузки, λ=2,5.Среднее значение вертикальной нагрузки колеса на рельс определяется поформулеPср  Pст  Pрср ,(1.2)Лист12где Pст – статическая нагрузка колеса на рельс, кг; Ppср – среднее значение динамической нагрузки колеса на рельс от вертикальных колебаний надрессорного строения экипажа, кг.Ppcp  0.75Ppmax ,(1.3)где Ppmax – динамическая максимальная нагрузка колеса на рельс от вертикальных колебаний надрессорного строения, кг.Динамическая нагрузка колеса на рельс Ppmax с использованием эмпирическихзависимостей динамических прогибов рессорного подвешивания z max от скоростейдвижения V определяется по формулеPpmax  жz max ,(1.4)где ж – приведенная к колесу жесткость рессорного подвешивания, кг/мм; z max –динамический прогиб рессорного подвешивания, мм.Среднее квадратическое отклонение динамической вертикальной нагрузкиколеса на рельс S определяется по формуле композиции законов распределенияего составляющихS  S p2  S нп2  (1 tt 22) S ннкS инк ,100100(1.5)где S p – среднее квадратическое отклонение динамической нагрузки колеса нарельс 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 нарельс от сил инерции необрессоренных масс, возникающих из-за непрерывныхнеровностей на поверхности катания колес, кг; S инк – среднее квадратическое отклонение динамической нагрузки колеса на рельс от сил инерции необрессоренноймассы, возникающих из-за наличия на поверхности катания колес плавных изолированных неровностей, кг; t – количество колес рассчитываемого типа,имеющих изолированные плавные неровности на поверхности катания,отнесенное к общему числу таких колес (в %), эксплуатируемых на участке;Лист13(1  t ) – количество колес (в %), имеющих непрерывную плавную неровность наповерхности катания.Обычно при отсутствии конкретной информации принимается средний процент осей, имеющих изолированную плавную неровность, равный 5%, соответственно - непрерывную плавную неровность 95%.

С учетом этого допущения формула (1.5) приобретает вид22S  S p2  S нп2  0,95S ннк 0,05Sинк.(1.6)Среднее квадратическое отклонение динамической нагрузки колеса на рельсS p от вертикальных колебаний надрессорного строения Ppmax определяется поформулеS p  0.08Ppmax .(1.7)Среднее квадратическое отклонение динамической нагрузки колеса на рельсS нп от сил инерции необрессоренных масс Pнпmax , возникающих при проходе изоли-рованной неровности пути определяется по формулеS нп  0,707 Pнпmax ,Pнпmax  0.8 10 8  1  ш(1.8)Uq  PсрV ,к(1.9)Uq  PсрV ,k(1.10)или после подстановки получаемS нп  0,565  10 8   1  l шгде 1 – коэффициент, учитывающий величину колеблющейся массы пути, дляжелезобетонных шпал 1 = 0,931;  – коэффициент, учитывающий влияние типарельсов на возникновение динамической неровности, зависящий от типа рельсов,для рельсов Р65 =0,87;  – коэффициент, учитывающий влияние материала иконструкции шпалы на образование динамической неровности пути, для железобетонных шпал =0,322;  – коэффициент, учитывающий влияние рода балластана образование динамической неровности пути, принимается для щебеночногобалласта =1; lш – расстояние между осями шпал, при эпюре 1840 шт/км lш =0,55 м;2U – модуль упругости рельсового основания, кг/см .Лист14Среднее квадратическое отклонение динамической нагрузки колеса на рельсmaxS ннк от сил инерции необрессоренной массы Pннкпри движении колеса с плавнойнепрерывной неровностью на поверхности катания определяется по формулеmaxS ннк  0,225Pннк,maxPннк 0 K1UV 2 qd 2 kU  3.26k 2 q(1.11),(1.12)где 0 – коэффициент, характеризующий отношение необрессоренной массы колеса и участвующей во взаимодействии массы пути, для железобетонных шпал0 = 0,403; K1 – коэффициент, характеризующий степень неравномерности образования проката поверхности катания колес, принимаемый для электровозов,тепловозов, моторвагоного подвижного состава и вагонов равным 0,23; d – диаметр колеса, см; q – отнесенный к колесу вес необрессоренных частей; k – коэффициент относительной жесткости рельсового основания и рельса, см 1 .k4U.4EJ(1.13)Расчетная формула (1.11) после подстановки известных численных значенийприобретает видS ннк 0,052   0UV 2 qd 2 kU  3.26k 2 q.(1.14)Среднее квадратическое отклонение динамической нагрузки колеса на рельсS инк от сил инерции необрессоренной массы Pинк , возникающих из-за наличия на по-верхности катания плавных изолированных неровностей определяется по формулеmaxSинк  0,25Pинк,maxPинк  0 ymax2U,k(1.15)(1.16)где ymax – наибольший дополнительный прогиб рельса при вынужденных колебаниях катящегося по ровному рельсу колеса с изолированной неровностью наповерхности катания, см.Лист15Для подавляющего числа расчетных случаев при скорости движения более20 км/ч ymax = 1,47е, где е – расчетная глубина плавной изолированной неровностина поверхности катания колеса, принимаемая равной 2/3 от предельной допускаемой глубины неровности.Окончательно формула для определения S инк приобретает видS инк  0,735 0Ue.k(1.17)При определении эквивалентных нагрузок принимается максимальная вероятная нагрузка расчетного колеса и среднее значение нагрузок соседних колес.Максимальная эквивалентная нагрузка для расчетов напряжений в рельсах отизгиба и кручения определяется по формулеImaxPэкв Pдин  1 Pсрi ,(1.18)где  i – ординаты линии влияния изгибающих моментов рельса в сечениях пути,расположенных под колесными нагрузками от осей экипажа, смежных с расчетнойосью.Величина ординаты  i может быть определена по формуле1  e  kl (cos kli  sin kli ) ,i(1.19)где k – коэффициент относительной жесткости рельсового основания и рельса,см-1; li – расстояние между центром оси расчетного колеса и колеса i-той оси,смежной с расчетной; e – основание натуральных логарифмов ( e = 2,72828...).Максимальная эквивалентная нагрузка для расчетов напряжений и сил в элементах подрельсового основания определяется по формулеIImaxPэкв Pдин i Pсрi ,(1.20)где  i – ординаты линии влияния прогибов рельса в сечениях пути, расположенных под колесными нагрузками от осей экипажа, смежных с расчетной осью.i  e  kl (cos kli  sin kli ) .i(1.21)Величины функций  и  для различных значений kx, приведены в [9, 10].Абсцисса x принимается равной l i при определении влияния соседних колес черезЛист16вычисление эквивалентных нагрузок и равной l ш при определении влияния соседних шпал на напряжения в балласте на глубине h.При kx > 5,5 влиянием средних нагрузок от осей смежных с расчетной осьюможно пренебречь ввиду его незначительности.Максимальные напряжения в элементах верхнего строения пути определяютсяпо формулам:- в подошве рельса от его изгиба под действием момента МIPэквM0 W 4kW ,(1.22)- в кромках подошвы рельса k  f л  fIPэкв,4kW(1.23)- в шпале на смятие в прокладке при железобетонной шпалеklш IIPэкв2,(1.24)klQII ш Pэкв 2,(1.25)ш ГQ- в балласте под шпалойб 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;  – площадь рельсовой подкладки, см2;   – площадьполушпалы с учетом поправки на ее изгиб, см2.Расчетная формула для определения нормальных напряжений  h в балласте (втом числе и на основной площадке земляного полотна) на глубине h от подошвышпалы по расчетной вертикали имеет видбh  бh1  бh2  бh3 ,(1.26)где б h и б h – напряжения от воздействия соответственно 1-ой и 3-ей шпал, ле13жащих по обе стороны от расчетной шпалы (рисунок 1.1); б h – напряжения от2воздействия 2-ой шпалы (расчетной) в сечении пути под расчетным колесом.Лист17шпала 1шпала 2шпала 3Расчетное сечениеbQш2lшQш1РсрlшРсрQш3махРдин б1бh б323ОРисунок 1.1 - Схема передачи давления на земляное полотно от трех смежных шпалНормальные вертикальные напряжения под расчетной шпалой определяютсяна основе решения плоской задачи теории упругости при рассмотрении шпального основания как однородной изотропной среды по формулебh2  ббр  2,55С2  (0,635С1  1,275С2 )m ,(1.27)bb3C1 ,2h 24h 3(1.28)bh,b  4h 2(1.29)8.9 1,ббр  4,35(1.30)C2 m2где б бр – напряжение под расчетной шпалой на балласте, осредненное по ширине шпалы, кг/см2; b – ширина нижней постели шпалы, см; h – глубина балластного слоя от подошвы шпалы, см; m – переходный коэффициент от осредненного по ширине шпалы давления на балласт к давлению под осью шпалы,при m <1 принимается m = 1;  – коэффициент, учитывающий неравномерность распределения давления вдоль шпалы и пространственность приложениянагрузки,  = 0.7 .Напряжения на глубине h под расчетной шпалой, обусловленные воздействием смежных (соседних с расчетной) шпал, определяются по формулебhi  0.25  б БС А ,(1.31)где i = 1; 3Лист18Учитывая, что расчетная ось находится над второй (расчетной) шпалой № 2,получаем соответственно под первой и третьей шпаламибhi  0.25бБ1 А ,(1.32)бhi  0.25бБ 3 А ,(1.33)где б Б1 и б Б 3 – среднее значение напряжений по подошве соседних с расчетнойшпал, кг/см2; A – коэффициент, учитывающий расстояние между шпалами l ш ,ширину шпалы b и глубину hИндексы у б Б означают: 1 и 3 - номера шпал, под которыми определяются напряжения.А  2  3  0, 5(sin 22  sin 23 ) ,(1.34)Углы в 2 и 3 (в радианах) между вертикальной осью и направлениями откромки шпалы до расчетной точки (рисунок 1.1) определяются по формулам 2  arctglø  0, 5b,h(1.35)3  arctglø  0, 5b,h(1.36)Приведенные формулы применимы при h  15 см.Напряжения в балласте под расчетной шпалой ббр определяются по формулеббр klш IIPэкв ,2(1.37)при этом нагрузка расчетного колеса, расположенного над расчетной шпалой,вычисляется по формуле (1.1), а нагрузка от соседних колес по формуле (1.2), т.е.IImaxPэкв Pдин  Pср ,гдеP   P срсрl1 2(1.38)для двухосной тележкиДля двухосной тележки расчетным колесом при определении воздействия набалласт на глубине h будет первое колесо (рисунок 1.2).Лист19l1l1+lшl1-lшlшPдинmaxPcphOРисунок 1.2 - Учет нагрузок от осей экипажа при определении напряженийна основной площадке земляного полотнаНапряжения в балласте под соседними с расчетной шпалами определяются изусловия максимальной динамической нагрузки расчетного колеса, расположенного над расчетной шпалой и средних нагрузок от остальных колес.б БС klш IIPэкв .2(1.39)Для расчета примем следующие исходные данные: подвижная нагрузка электровоз ВЛ-80, скорость движения V=80 км/ч, кривая R=595 м.-42Ppmax =116∙(10.9+9.6∙10 ∙80 )=2378 кгPpcp =0,75∙2378=1783 кгPср =12000+1783=13783 кг,k=41500= 0.015360 см-164× 2.1×10 ×3208Sp=0,08×2378=190 кгSнп = 0,565×10-8 ×0,931×0,87×0,322×1×50Sинк = 0,735×0.403×15002760 ×13283×80 = 1834 кг ,0.015361500×0.047 = 1360 кг0.01536Лист20Sннк =0, 052×0.403×1500×802 27601252 0.01536×1500 - 3.26×0.015362 × 2760= 231 кгS = 1902 +18342 + 0,95×2312 + 0,05×13602 = 1882 кгmax=13783+2.5∙1882=18489 кгPдин=0,0089; =-0,0111 для kx=4,6 [2]I=18489+13784∙0,0089=18612 кгPэквII=18489+13784∙(-0,0111)=18337 кгPэквσ0 =18612= 696 кг/см24×0.01536× 435σ k =1,08∙696=752 кг/см2σш =0.01536×5118337 = 13.9 кг/см22×518σб =0.01536×5118337 = 2.32 кг/см22×309227.627.63C1 == 0.2262×60 24×603C2 =27.6×60= 0.10927.62 + 4×602m=8.9= 1.332.32 + 4,352σ h2 =0,7[0,635∙1,35∙0,226+1,275∙(2-1,33)∙0,109]∙2,32=0,461 кг/см50 + 0.5× 27.6= 0.823841 рад6050 - 0.5× 27.6Θ3 = arctg= 0.554996 рад60Θ2 = arctgА=0,823841-0,554996+0,5(sin(2×0,823841)-sin(2×0.554996))=0.32lш=0,6354 при kx=0.80 (х=50 см)l1-lш=-0,0308 при kx=3,82 (х=300-50=250 см)l1+lш=-0,0006 при kx=5,4 (х=300+50=350 см)IIPэквб1=18337∙0.6354+13784∙(-0.0006)=11643 кгIIPэквб3=18337∙0,6354+13784∙(-0,0308)=11241 кгЛист21σ Б1 =0, 01536×5011643 = 1, 47 кг/см22×3092σ Б1 =0, 01536×5011241 = 1, 42 кг/см22×3092σ h1 =0.70.32×1.47 = 0.105 кг/см23.1415926σ h3 =0.70.32×1.42 = 0.101 кг/см23.14159262σ h =0,461+0,105+0,101=0,667 кг/смДля определения зависимостей напряжений в элементах верхнего строения пути при различных значениях модуля упругости и статической нагрузки на колесопроведены расчеты пути на прочность на ЭВМ по программе SYGMA (приложение).Расчеты выполнялись при следующих исходных данных: нагрузка – грузовойвагон на тележках ЦНИИ-Х3, скорость движения – 80 км/ч, участок пути – криваяR=595 м.На рисунке 1.3 приведены графики зависимостей напряжений в элементахверхнего строения пути при четырех значениях статической нагрузки на колесо:50, 80, 115 и 150 кН.