Диплом Шиляев (Проект укладки бесстыкового пути на участке Облучинской дистанции пути), страница 3

Абсцисса x принимается равной l i при определении влияния соседнихколес через вычисление 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 расчетнойосью можно пренебречь ввиду его незначительности.Максимальные напряжения в элементах верхнего строения пути определяются по формулам:- в подошве рельса от его изгиба под действием момента МЛист15IPэквM0  W 4kW ,(1.22)- в кромках подошвы рельса k  f л  fIPэкв,4kW(1.23)- в шпале на смятие в прокладке при железобетонной шпалеш ГQklш IIPэкв2,(1.24)- в балласте под шпалойб klQII ш Pэкв 2,(1.25)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 рельсовойподкладки, см2;   – площадь полушпалы с учетом поправки на ее изгиб,см2.Расчетная формула для определения нормальных напряжений  h вбалласте (в том числе и на основной площадке земляного полотна) наглубине h от подошвы шпалы по расчетной вертикали имеет видбh  бh1  бh2  бh3 ,(1.26)где б h и б h – напряжения от воздействия соответственно 1-ой и 3-ейшпал, лежащих по обе стороны от расчетной шпалы (рисунок 1.1); б h –напряжения от воздействия 2-ой шпалы (расчетной) в сечении пути подрасчетным колесом.132шпала 1шпала 2шпала 3Расчетное сечениеblшQш1РсрQш2lшРсрQш3махРдин б1бh б323ОРисунок 1.1 - Схема передачи давления на земляное полотно от трех смежных шпалНормальные вертикальные напряжения под расчетной шпалой определяются на основе решения плоской задачи теории упругости при расЛист16смотрении шпального основания как однородной изотропной среды поформулебh2  ббр  2,55С2  (0,635С1  1,275С2 )m,(1.27)C1 bb32h 24h 3 ,(1.28)C2 bhb  4h 2 ,(1.29)m28.91ббр  4,35,(1.30)где б бр – напряжение под расчетной шпалой на балласте, осредненноепо 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 кдавлению под осью шпалы, при m <1 принимается m = 1;  – коэффициент, учитывающий неравномерность распределения давления вдольшпалы и пространственность приложения нагрузки,  = 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; 3Учитывая, что расчетная ось находится над второй (расчетной) шпалой№ 2, получаем соответственно под первой и третьей шпаламибhi  0.25бБ1 А,бhi  0.25бБ 3 А(1.32),(1.33)где б Б1 и б Б 3 – среднее значение напряжений по подошве соседних с расчетной шпал, кг/см2; A – коэффициент, учитывающий расстояние междушпалами 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 направлениямиот кромки шпалы до расчетной точки (рисунок 1.1) определяются по формулам 2  arctglш  0, 5b,h(1.35)Лист173  arctglш  0, 5b,h(1.36)Приведенные формулы применимы при h  15 см.Напряжения в балласте под расчетной шпалой ббр определяются поформулеббр klш IIPэкв ,2(1.37)при этом нагрузка расчетного колеса, расположенного над расчетнойшпалой, вычисляется по формуле (1.1), а нагрузка от соседних колес поформуле (1.2), т.е.IImaxPэкв Pдин  Pср ,(1.38)где  Pср  Pсрl для двухосной тележкиДля двухосной тележки расчетным колесом при определении воздействия на балласт на глубине h будет первое колесо (рисунок 1.2).1 2l1l1+lшl1-lшlшPдинmaxPcphOРисунок 1.2 - Учет нагрузок от осей экипажа при определении напряженийна основной площадке земляного полотнаНапряжения 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.б БС klш IIPэкв ,2(1.39)Лист18Выполним расчеты пути на прочность для следующих исходных данных:- подвижная нагрузка локомотив ВЛ-80;- скорость движения V=100 км/ч;- участок пути - прямая.- характеристика элементов верхнего строения пути: рельсы Р65 с приведенным износом 6 мм, шпалы железобетонные, балласт – щебеночный,общая толщина балласта с учетом песчаной подушки – 60 см.-42Ppmax =116∙(10.9+9.6∙10 ∙100 )=2378 кгPpcp =0,75∙2378=1783 кгPср =12000+1783=13783 кг,к=41500= 0.015360 см-164×2.1×10 ×3208Sp=0,08×2378=190 кгSнп = 0,565×10-8 ×0,931×0,87×0,322×1×5515002760 ×13283×100 =1834 кг0.015361500×0.047 =1360 кг0.015360,052×0.403×1500×1002 2760== 231кг1252 0.01536×1500 - 3.26×0.015362 ×2760Sинк = 0,735×0.403×SннкS = 1902 +18342 +0,95×2312 +0,05×13602 =1882 кгmaxPдин=13783+2.5∙1882=18489 кг=0,0089; =-0,0111 для kx=4,6P =18489+13784∙0,0089=18612 кгII=18489+13784∙(-0,0111)=18337 кгPэквIэквσ0 =18612= 696 кг/см24×0.01536× 435σ k =1,08∙696=752 кг/см20.01536×51σш =18337 =13.9 кг/см22×5180.01536×51σб =18337 = 2.32 кг/см22×309227.627.63C1 == 0.2262×60 24×60327.6×60C2 == 0.10927.62 + 4×6028.9m==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/смЛист1951+ 0.5 × 27.6= 0.823841рад6051- 0.5 × 27.6Θ3 = arctg= 0.554996 рад60А=0,823841-0,554996+0,5(sin(2×0,823841)-sin(2×0.554996))=0.32lш=0,6354 при kx=0.80 (х=51 см)l1-lш=-0,0308 при kx=3,82 (х=300-51=249 см)l1+lш=-0,0006 при kx=5,4 (х=300+51=351 см)Θ2 = arctgII=18337∙0.6354+13784∙(-0.0006)=11643 кгPэквб1II=18337∙0,6354+13784∙(-0,0308)=11241 кгPэквб30,01536×5111643 =1,47 кг/см22×30920,01536×51σБ1 =11241=1,42 кг/см22×30920.7σh1 =0.32×1.47 = 0.105 кг/см23.14159260.7σh3 =0.32×1.42 = 0.101кг/см23.1415926σБ1 =σ h =0,461+0,105+0,101=0,667кг/см2Были проведены расчеты пути на прочность для различных условийэксплуатации на ЭВМ по программе SYGMA для следующих исходныхданных:- подвижная нагрузка – вагон на тележках ЦНИИ-Х3;- скорость движения – 80 км/ч;- участок пути – кривая R=630 м;- характеристика элементов верхнего строения пути: рельсы Р65 с приведенным износом 6 мм, шпалы железобетонные, балласт – щебеночный,общая толщина балласта с учетом песчаной подушки – 60 см.На рисунке 1.3 приведены графики зависимостей напряжений в элементах верхнего строения пути при четырех значениях статической нагрузки на колесо: 50, 80, 115 и 150 кН.

Увеличение статической нагрузки с115 кН (23 т/ось) до 150 кН (30 т/ось) повышает уровень напряжений вэлементах верхнего строения пути в 1,23 раза. Расчетные величины напряжений не превышаю оценочных критериев прочности.На рисунке 1.4 приведены графики зависимостей напряжений в элементах верхнего строения пути от модуля упругости (50, 100, 150 и200 МПа). При повышении модуля упругости кромочные напряжения в подошве рельса к уменьшаются в 1,14 раза, а напряжения в прокладке ш ив балласте под шпалой б увеличиваются в 1,30 раза. Расчетные величины напряжений не превышаю оценочных критериев прочности.Лист20Рисунок 1.3 - Зависимость напряжений в элементах ВСП от статической нагрузкиЛист21Рисунок 1.4 – Зависимость напряжений в элементах ВСП от модуля упругостиЛист221.2.3 Расчет коэффициента устойчивости против вкатывания гребняколеса на рельсПри набегании колеса на рельс оно не должно накатываться своимгребнем на него, т.е.

необходимо предотвратить всползание колеса наголовку рельса. Если колесо приподнято по каким-либо причинам, необходимо, чтобы оно опустилось вниз по плоскости С-С, наклоненной подуглом к горизонту [5]. Рассчетная схема приведена на рисунке 1.5.М1JнSша1YрР1-шЦТa2РР 2-шHцРM221lрF1CAN10F2τN2BS1cР1-р и Р2-р – нагрузка от колес на рельсы; Р1-ш и Р2-ш – нагрузка от кузова на шейкиоси колесной пары; М1 и М2 – моменты, действующие на шейки оси; а1 и а2 – расчетные консоли шейки оси;Yр – рамная сила; lр – расстояние от головки рельса доприложения рамной силы; Iн – центробежная сила; Нц – расстояние от головки рельса до приложения центробежной силы; N1 и N2 - реакции рельсов;Рисунок 1.5 - Расчетная схема для определения устойчивости колеса на рельсеКоэффициентом устойчивости называется отношение всех сил, препятствующих подъему колеса, к силам, вызывающим этот подъем.

Силыподъема колеса действуют в плоскости С-С и направлены вверх, в сторону, обратную соскальзыванию гребня, а силы сопротивления действуют в этой же плоскости, но направлены вниз, в сторону соскальзывания гребня по рабочей грани головки. Силы подъема колеса действуютв той же плоскости, но направлены вверх, в сторону, обратную соскальзыванию гребня.Рассмотрим условие предельного равновесия колесной пары, когдалевое колесо на рельсе А несколько приподнялось и опирается на рабочую грань головки рельса своим гребнем в точке О.На расчетной схеме вертикальная нагрузка от кузова на колеснуюпару представлена силами Р1-ш и Р2-ш , которые в статике принимаютсяравными. При движении происходит уменьшение или увеличение вертикальных нагрузок от колебаний кузова на рессорах.

Появление дополнительных сил равновероятно на правой и левой стороне колесной пары.Рекомендуется определять вертикальные нагрузки на шейки оси отобрессоренной части экипажа в прямом участке путиP1ш  Pст  qk(1.40)Лист23P2ш  ( Pст  qk )(1  k д )(1.41)где к Д – коэффициент динамики (табл.4.5) [5]; Pст – статическая нагрузка от колеса на рельс, Н; q k – отнесенный к колесу вес необрессореннойчасти экипажа, Н.Величина непогашенного ускорения определяется по формулеа НПV2hg2S13,6 R(1.42)где V – скорость движения, км/ч; R – радиус кривой, м; h – возвышениенаружного рельса, м; S1 – расстояние между осями рельсов S1 =1,6 м.Непогашенная часть центробежной силы, приходящаяся на одно колесо, и дополнительная нагрузка определяются по формулеIH P Qкузgn(1.43)aНПQкуз ( Н ц  I p )gnS ша НП(1.44)где Qкуз – вес кузова вагона брутто, Н (табл.4 .38),[5]; g – ускорение силытяжести, g =9,81 м/с; n – число осей экипажа; H ц – расстояние от уровняголовок рельсов до центра тяжести кузова (для груженого полувагонаH ц =2 м); S ш – расстояние между серединами шеек колесной пары, S ш=2,036м; l р – расстояние от точки приложения силы Y р до точки контактагребня колеса с рабочей гранью рельса l р =0,55 м.Вертикальные расчетные нагрузки на шейки оси вагона:P1шр  ( Pст  qk )  PцP2шр  ( Pст  qk )(1  k д )  Pц(1.45)(1.46)Полные расчетные нагрузки от колес на головки рельсов:P1 p  P1шp  qk  Pст  PцP2 p  P2шр  qk (1  k )(1.47)(1.48)Реакция рельса А определяется по формуле:N1  ( P1 p  P2 p  N 2 ) cos   (Y p  F2 ) sin (1.49)Лист24где F2 – сила трения бандажа колеса по поверхности катания головкирельса В:F2  f р N 2.(1.50)Реакция рельса В определяется, какN2 Р2 S1  М 2  М 1  Yрl рS1(1.51).Коэффициент устойчивости против всползания гребня колеса нарельс определяется отношением сил, препятствующих подъему колеса,к силам вызывающим этот подъем:k( Р1р  Р2р  N 2 ) sin .F2  (Y р  F1 ) cos (1.52)Выполним расчеты коэффициента устойчивости для следующих исходных данных:- рельсы Р65;- шпалы железобетонные 2000 шт/км;- участок пути - кривая радиусом R=630 м (кривая №3), возвышениенаружного рельса h =85 мм;- скорость движения V=80 км/ч.Характеристика грузового вагона:- масса брутто Qбр =92,0 т;- масса кузова с грузом Qкуз = 84,4 т;- необрессоренный вес, приходящийся на одно колесо, q k =9,95 кН;- высота центра тяжести кузова H ц =2 м;- диаметр колеса 0,95 м;- радиус шейки оси 0,075 м;- расстояние до приложения рамной силы l p =0,55 м.Расчет проводится в режиме тяги и торможения тяжеловесного поезда с продольной тормозной силой 0; 700 и 1000 кН.8020.085 9.81 0.26 м / с 223,6  6301.684.4×10×(2 - 0.55)ΔP =(0.26) = 3.98 кН9.81× 4×2.036анп kд =PpPст - q=200 10 +16×10-4 ×802 11500 - 995= 0.39P1-шр =(115-9,95)+3,98=109,03 кНP2-шр =(115-9,95)(1+0,39)-3.98=142,04 кНЛист25P1-p =115+3,98=118,98 кНP2-p =140,04+9,95(1+0,39)=155,87 кНВеличины моментов:M1 = P1-шр ×а1 , M2 = P2-шр ×а2M1=109,03∙0.264=28,78 кН∙мM2=142,04∙0,168=23,86 кН∙мОпределим реакцию рельсаВ при трех величинах рамной силы, которые получим из рис.