Диплом Кривенко (1203407), страница 4

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

Текст из файла (страница 4)

Р_1-ш и Р_2-ш – нагрузка от кузова на шейки оси колесной пары; Р_1-р и Р_2-р - нагрузка от колес на рельсы; М₁ и М₂ – моменты, действующие на шейки оси; а₁ и 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, определяются по формуле:

(1.38)

Динамическая рамная сила max Yр, приложенная на расстояние lр от точки контакта левого колеса с рельсом А. При этом обычно принимают, что:

, (1.39)

где r_k – радиус колеса, м; r_ш – радиус шейки оси, м.

У грузового вагона l_р= 0,475+0,075=0,550 м.

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

, (1.40)

где N₁ – нормальная к плоскости реакция рельса А; f_р - коэффициент трения скольжения колеса по рельсу А.

Реакция рельса А определяется по формуле:

, (1.41)

где Р_1-р и Р_2-р - нагрузка от колес на рельсы; N₂ – реакции рельсов; F₂ и F₁– силы трения гребня и поверхности катания колес по рельсам; - угол горизонталью рабочей гранью головки рельса; Y_р – рамная сила.

, (1.42)

Реакция рельса В определяется по формуле:

, (1.43)

Коэффициент устойчивости против вползания колеса на рельс определяется по формуле:

, (1.44)

При расчетах можно принять угол τ между горизонталью и касательной к рабочей грани головки рельса в точке 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.

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

, (1.45)

, (1.46)

где Р_ст – статическая нагрузка колеса на рельс, Н; q_к – отнесенный к колесу вес необрессоренной части экипажа, Н; к_Д – коэффициент динамики.

Непогашенная часть центробежной силы определяется по формуле:

, (1.47)

где Q_куз – вес кузова брутто, Н; g – ускорение силы тяжести, 9,81 м/с²; n – число осей экипажа; а_нп – непогашенное ускорение.

Дополнительная нагрузка определяется по формуле:

, (1.48)

где Н_ц – расстояние от уровня головок рельсов до центра тяжести кузова, (у груженного полувагона Н_ц = 2 м); S_ш – расстояние между серединами шеек колесной пары, (у грузового полувагона S_ш = 2,036 м);

Вертикальные расчетные нагрузки на шейки оси вагона определяется по формулам:

, (1.49)

, (1.50)

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

, (1.51)

, (1.52)

Величина непогашенного ускорения определяется по формуле:

, (1.53)

где V – скорость движения, км/ч; R – радиус кривой, м; h – возвышение наружного рельса, м; S₁ – расстояние между осями рельсов, S₁= 1,6 м.

Расчет выполнен для кривой R=317 м, возвышение наружного рельса h=95 мм, тип рельсов Р65, шпалы железобетонные 2000 шт./км.

Характеристика грузового вагона. Масса брутто, масса кузова с грузом Q_куз= 84,4 т, необрессоренный вес, приходящийся на одно колесо, q_к=9,95 кН. Диаметр колеса 0,95 м, радиус шейки оси 0,075 м.

Дополнительные условия: Расчет необходимо провести в режиме тяги и торможения тяжеловесного поезда с продольной тормозной силой 0; 700 и 1000 кН. Скорость движения V=60 км/ч.

Определим реакцию рельса В при трех величинах рамной силы при ускорении а_нп=0,294 м/с²:

Реакция рельса А:

Поскольку устойчивость колеса грузового вагона гарантируется только при коэффициенте устойчивости к ≥ 1,3, в данном случае к₁=1,6; к₂=1,41; к₃=1,3 следовательно, устойчивость колеса против вползания полностью обеспечивается во всех трех случаях.

1.2.4. Расчет устойчивости пути против поперечного сдвига.

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 состоянии.

Рисунок 1.4. Расчетная схема определения поперечной устойчивости пути.

Р₁ и Р₂ – нагрузка от колеса на рельсы; Y_б – боковая сила; Q₁ и Q₂ – давление рельсов на шпалу; Н_ш-1 и Н_ш-z – поперечные силы, действующие 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:

, (1.54)

где к_в – коэффициент относительной жесткости подрельсового основания и рельса, м^-1; l – расстояние между осями шпал, м.

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

, (1.55)

где С₀ – начальное сопротивление смещению шпал при отсутствии вертикальной нагрузки, С₀ = 2…6 кН; F_тр – сила трения шпалы по балласту при наличии вертикальной нагрузки; f_ш - коэффициент трения шпалы по балласту.

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

, (1.56)

где f_p – коэффициент трения скольжения колеса по рельсу, f_p=0,25…0,45.

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

Поперечна 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:

, (1.57)

, (1.58)

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

Суммарная сила, сдвигающая шпалу, определяется по формуле:

, (1.59)

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

, (1.60)

где N_т – тормозная сила, т; 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:

(1.61)

После сокращения на ^l/₂ формула примет вид:

, (1.62)

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

, (1.63)

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

, (1.64)

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

, (1.65)

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

Путь можно считать устойчивым, если .

Расчет выполнен для следующих характеристик пути:

Рельсы Р65 на железобетонных шпалах с эпюрой 2000шт./км, балласт щебеночный, состояние пути удовлетворительное ( =0,45, =0,25, =2кН). Радиус кривой 317 м, возвышение наружного рельса h=95 мм.

Характеристика подвижного состава: грузовой поезд, движущийся со скоростью 60 км/ч. Расчетная тормозная сила N_т=0, 700 и 1000 кН. Расстояние между центрами автосцепок вагонов L_с=13,92 м.

У груженого вагона величины боковых сил при расчетном ускорении о расчетных тормозных силах N у загруженного вагона определяем по рис. 4.20. [3]

=70кН

=95кН

=110кН

Порожний вагон:

У порожнего грузового вагона в режиме тяги =17,2 кН

(рис. 4.21.) [3].

При тормозной силе N_т=700кН в кривой возникает дополнительная поперечная сила:

При тормозной силе N_т=1000кН в кривой возникает дополнительная поперечная сила:

Таким образом, у порожнего вагона боковые силы:

= 17,0 кН;

= 49,0 кН;

= 61 кН.

Вывод: Устойчивость пути против поперечного сдвига под загруженным и порожним вагоном обеспечивается.

1.3. Выполнение многовариантных расчетов верхнего строения пути

Расчет верхнего строения пути на ЭВМ, в программе «СИГМА» приведены в приложении А.

По результатам расчетов на ЭВМ строим графики зависимости напряжений в элементах верхнего строения пути от модуля упругости при Рст=115 кН, V=60 км/ч и зависимости напряжений в элементах верхнего строения пути от статической нагрузки при U=100 МПа, V=60 км/ч.

Во всем диапазоне осевых нагрузок напряжения не превышают допускаемых, поэтому возможно применение рельсов типа Р65 на данном участке. Наибольшие напряжения под подкладкой 1,522 МПа, что ниже допускаемых. Для снижения напряжений рекомендуется применять упругие прослойки под подошвой шпалы, прослойки из геоматов под балластным слоем или из пенополистирола. Для оценки влияния модуля упругости подрельсового основания необходимо выполнить отдельные расчеты.

Напряжения на балласте под шпалой и в уровне основной площадки также изменяются по линейному закону, наибольшие значения 0,266 МПа, что ниже допускаемого. Для снижения уровня величин напряжений рекомендуется укреплять основную площадку земляного полотна прослойками из мелкозернистого песка, сортированного гравия.

Рисунок 1.5. Зависимости напряжений в элементах верхнего строения пути

от статических нагрузок P при U=50 и 150 МПа, V=60 км/ч.

Рисунок 1.6 Зависимости напряжений в элементах верхнего строения пути

Характеристики

Список файлов ВКР