ПРОКОПЕЦ ПЗ ДП (1052206), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Методика расчетов верхнего строения пути на прочность и устойчивость позволяет решать ряд задач:

• определение напряжений и деформаций в элементах верхнего
  строения пути в заданных условиях эксплуатации;

• возможность увеличения осевых нагрузок и скоростей
  движения;

• возможность определения работоспособности конструкции
  до очередного капитального ремонта;

• анализ причин потери прочности и устойчивости пути на заданном участке;

• проектирование новых конструкций.

Современная методика распространяется на конструкции верхнего стро­ения пути с рельсами длиной 12,5 м и 25 м, в т.ч. на рельсовые элементы стрелочного перевода (рамные рельсы, переводная кривая и др.).

2.2 Расчеты прочности верхнего строения пути

2.2.1 Силы взаимодействия пути и подвижного состава

Статическая нагрузка – вертикальная сила, передаваемая от колес рельсам при стоянке. И соответственно, величины нагрузок можно найти в справочниках или в технических паспортах.

Динамические силы - ал­гебраическая сумму сил, вызванная определенным видом колебаний экипажа, силами веса, центробежными силами и т.п.

Для простоты расчетов вертикальных динамических сил учитыва­ют только основные, наибольшие силы, а всеми остальными пренебрегают.

К основным силам относят:

• весовую часть экипажа (кН/ось, кН/колесо);

• силы, передаваемые рессорным подвешиванием колесам при колебании обрессоренных масс;

• силы инерции необрессоренных масс, вызванные их колебания­
  ми на упругом пути из-за наличия неровностей пути и колес;

• вертикальные силы, которые возникают в связи с возвышением наружного рельса в кривых и действием на колесную пару горизонтальных поперечных сил.

Статическая нагрузка на рельс от колеса современных экипажей тележечного типа располагается в пределах от 71 до 81 кН у пассажирского вагона ЦМВ, у груженного грузового вагона от 100 до 128,5 кН, и у локомотива в пределах от 97,5 до 125 кН.

Вертикальные силы инерции необрессоренных масс в большинстве случаев являются наибольшей составляющей динамического воздей­ствия на рельс, они в основном и определяют вертикальные динамические силы. Причинами их возникновения могут быть колеба­ния колес, вызванные неровностями пути и колес и извилистое движение колесных пар.

Горизонтальные поперечные силы, направленные перпендикулярно оси пути, возникают в уровне поверхности катания колеса по рельсу и между гребнем колес и боковой поверхностью головок рельсов. Устой­чивость и прочность рельса зависит от боковой полной поперечной силы, передаваемой от колеса. Рамная сила - равнодействующая боковых сил от одной колесной пары. Для случая, показанно­го на рисунке 2.2.1, а, боковая сила определится как

(2.1)

где Y - направляющее усилие.

Рамную силу определяется по формуле

. (2.2)

Рисунок 2.2.1. Схема передачи вертикальной нагрузки от колеса на основание пути: Р — вертикальная сила; σ_пк — напряжения в кромках подошвы рельса; σ_ш - напряжения в шпале (в про­кладке) под подкладкой;

σ_б — напряжения в балласте под шпалой; σ_h — напряжения на основной площадке земляного полотна

Боковая сила на прямых участках может быть 20-40 кН, а в кривых достигается от 50 до 100 кН.

В кривых также возникают центробежные силы, попе­речные составляющие силы веса и тяги.

В расчетах пути учитывают, что рельс взаимодействует не с одним, а со всеми колесами одной тележки экипажа, опирающимися на него. При динамическом расчете пути под воздействием системы грузов не­обходимо найти одну силу, которая, будучи статически приложена в расчетном сечении, по своему воздействию оказалась бы эквивалент­ной динамическому воздействию всей системы грузов.

Вертикальная эквивалентная сила от колеса на рельс за пределами его стыка достигает 250 кН, а в зоне стыка на деревянных шпалах — 300 кН.

Горизонтальные продольные силы образуются по причине угона пути, торможения и изменений температуры рельсов. При торможении

локо­мотива продольная сила может быть от 80 до 100 кН на звено, а при рекупе­ративном торможении на спуске — 600-700 кН. Температурная сила в рельсах бывает в пределах от 1000 до 2000 кН.

Динамическая нагрузка от колеса передается на головку рельса по небольшой площадке (см. рисунок 2.2.1, б). Площадь эллипса упругого контак­та составляет 1,2-2,2 см². При внецентренном приложении нагрузки в зоне пе­рехода головки в шейку рельса возникают напряжения концентрации от 200 до 400 МПа в рельсах Р65, а в кромках подошвы рельса — напряже­ния изгиба и кручения (100-300 МПа).

Напряжения на деревянной шпале под металлической подкладкой достигают значения от 1 до 3 МПа, на основной площадке земляного полотна от 0,05 до 0,09 МПа, а при больших значениях осевых нагрузок и больших неровностях пути могут быть и выше (см. рисунок 2.2.1, б). Для расчета верхнего строения пути на прочность принимаем четырехосный вагон на тележках ЦНИИ-Х3 и локомотив ВЛ-80^к.

Характеристики четырехосного вагона и локомотива ВЛ-80^к приведены в таблице 2.2.1.1.

Таблиц 2.2.1.1 - Характеристики подвижного состава

Обозначения, принятые в таблице:

Рст - статическая нагрузка колеса на рельс;

q_к –вес необрессованных частей, который относится к колесу;

Ж - жесткость рессорного подвешивания;

d- диаметр колеса по кругу катания;

n – количество осей в тележки;

f_ст – статический прогиб рессорного подвешивания;

li – расстояния между центрами осей колёсных пар тележки экипажа;

lо - расстояние между последней осью первой тележки и первой осью второй тележки;

Vконстр- конструкционная скорость, означает значение скорости, при которой на стадии проектирования производятся расчеты прочности, надежности, динамических качеств и воздействие на путь железнодорожных экипажей.

2.2.2 Расчетные характеристики пути и подвижного состава

Конструкция верхнего строения пути и экипажной части подвижного состава должны находиться в исправном состоянии, соответствующем требованиям [2].

Модуль упругости основания и коэффициент относительной жесткости рельсового основания и рельса – важнейшие характеристики упругих свойств верхнего строения пути.

Модуль упругости рельсового основания U численно равен равно­мерно распределенной реакции основания, возникающей на единицу длины рельса при упругой осадке основания, равной единице.

Коэффициент относительной жесткости рельсового основания и рельса определяется по формуле:

(2.3)

где U - модуль упругости рельсового основания;

Е - модуль упругости рельсовой стали, ;

J - момент инерции рельса типа Р65, .

В расчетах воздействия подвижного состава учитывают воздействия на путь одной тележки вагона или локомотива. Конструкция экипажной части различных типов подвиж­ного состава должна находиться в исправном состоянии и соответствовать требованиям ПТЭ и техническим нормам.

2.2.3 Определение вертикальных динамических сил, действующих на рельс

Расчетная сила слагается из постоянной величины статической на­грузки на колесо и переменных дополнительных сил инерции от коле­баний экипажа

(2.4)

где P_ст, P_р, P_нп, P_инк, P_ннк - составляющие соответственно от веса экипажа, колеба­ний кузова на рессорах, сил инерции необрессоренных масс при изолирован­ных неровностях на пути и колесах, а также непрерывных неровностях на колесах.

Статическая нагрузка принимается постоянной, а остальные явля­ются случайными или статистическими величинами.

Расчет ведется на максимально вероятное значение динамичес­кой нагрузки

(2.5)

где S_i - среднее квадратическое отклонение от сил инерции;

- среднее значение вертикальной нагрузки, определяться по формуле:

, (2.6)

где P_ст - статическая нагрузка колеса на рельс;

- среднее значение вертикальной составляющей сил инерции от колеба­ния кузова на рессорах.

Максимальное значение сил инерции Р_р от колебания кузова на рессорах возникает в момент наибольшего сжатия рессор:

. (2.7)

Максимальный динамический прогиб рессор опре­деляется по формуле:

z_max = а + bV². (2.8)

Силу Р_р можно определить также с учетом коэффициента k_д динамики обрессоренной части экипажа и статического прогиба рессор.

. (2.9)

Можно принять среднее значение

. (2.10)

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

, (2.11)

где 0,05 – доля колес рассчитываемого типа, который имеет изолированные плавные неровности на поверхности катания, отнесенные к общему числу таких колес, эксплуатируемых на участке;

0,95 – доля колес, имеющих непрерывную плавную неровность на поверхности катания.

Среднеквадратическое отклонение динамической нагрузки колеса на рельс S_р от вертикальных колебаний надрессорного строения определяется по формуле:

Характеристики

Список файлов ВКР