Kozlov Anatolij Olegovich2016 (1203439), страница 9

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

Текст из файла (страница 9)

В данной главе мы рассматривали перспективный ремонт верхнего строения пути на Владивостокской дистанции пути сроком на 5 лет. Исходя из расчетов мы видим, что в капитальном ремонте нуждаются некоторые участки четного пути в 18, 19 и 20 году. Также на многих участках пути в течение 5 лет будут производится работы по выправке, подъемки и среднему ремонту пути. Данные по производству работ по годам приведены в таблице 5-6 приложения [А].

3. Проверка пути на прочность

3.1 Общие допущения и предпосылки

Рельс считается балкой бесконечно большой длины неизменного сечения, лежащей на сплошном однородном (упругом) основании.

Вертикальные силы считаются приложенными в плоскости симетрии рельса, то есть не учитывается подуклонка рельсов.

Реакции основания считаются двусторонними, линейно зависящими от просадки основания (q= -Uy): предполагается, что под рельсовое основание сопротивляется не только давлению на него рельса, но и отрыву рельса от основания.

Предпологается, что при движении колеса не отрываются от рельса (движение без удара). По ПТЭ допускается η_к до 0,7-2,0 мм (ползун).

Характеристики пути (U, |σ|, k и др.) считаются детермированными (неслучайными, постоянными) величинами.

Рельс рассчитывается только на нормальные напряжения изгиба (не учитываются местные, в том числе контактные напряжения).

Расчет ведется по допускаемым напряжениям. За допускаемое напряжение принимается гарантированный предел текучести рельсовой стали (условный предел текучести).

По данным испытаний на растяжение стандартных образцов диаметром 10 мм из рельсовой стали определяются средние напряжения _0,2 при остаточном удлинении образцов 0,2%, а также их среднеквадратическое отклонение S_σ0.2.

Допускаемое напряжение |σ_0,2| определяется как минимальное вероятное значение случайной величины с уровнем вероятности Ф=0,999.

Для незакаленных рельсов стандартного производства

|σ_0,2|= _0,2 –λ_ф*S_σ0.2=500-3*50=350 МПа, (3.1)

Где λ_ф =3,0 при ф=0,999 – нормирующий множитель, приводящий силу Р к уровню вероятности Ф ее не превышения.

Объемнозакаленные рельсы имеют предел прочности на 38% выше, чем стандартные рельсы, а предел выносливости – на 15%. В первом приближении можно принимать для объемнозакаленных рельсов |σ_0,2| =400 МПа.

Продольные температурные силы непосредственно расчетной схемой не учитываются. Однако же учет их производится в практическом методе расчета пути на прочность следующим образом.

Расчетные допускаемые напряжения от поездной нагрузки |σ_р| определяются из выражения:

k_н|σ_р| = |σ_0,2|-σ_ι, (3.2)

Таким образом,

|σ_р| = (3.3)

Для бесстыковых плетей σ_ι≈2,5∆t, где ∆t- разница между расчетной и нейтральной (температура закрепления рельса при укладке) температурами рельсовых плетей. При звеньевом пути σ_ι ≈35 МПа.

Для незакаленных рельсов

|σ_р| = ≈240 МПа. (3.4)

Для объемнозакаленных рельсов

|σ_р| = *3≈240 МПа. (3.5)

Рассмотренный материал показывает, что величина допускаемых напряжений тесно связана с методом расчета.

Влияние поперечных сил и эксцентриситета приложения вертикальных сил учитывается специальным коэффициентом ƒ.

Осевое напряжение в подошве рельса

(3.6)

где М- изгибающий момент; - момент сопротивления относительно наиболее удаленного волокна подошвы.

Кромочные напряжения в подощве рельса и в его головке определяются по следующим формулам:

σ_n-k=ƒσ_n-o'ƒ≥1; (3.7)

σ_r-k=m_r-kσ_n-o'm_r-k≥1, (3.8)

где m_r-k –коэффициент перехода от осевых напряжений в подошве к кромочным в головке.

Например, для прямой и полувагона с тележками ЦНИИ-Х3 при ƒ=1,18* m_r-k=1,28; при R=600м и ƒ=1,33 m_r-k=1,36.

Величины ƒ и m_r-k зависят от радиуса кривой, типа верхнего строения пути, типа экипажа и положения оси в экипаже (направляющая или другая).

Вертикальные силы от расчетного колеса принимаются как максимально вероятные Р_расч, определяемые с уровнем вероятности их непревышения

Ф=0,994 и λ_Ф=2,5. Одновременно давления от соседних колес тележки (или другой группы рассматриваемых колес) не могут быть максимальными. Ввиду относительно небольшого влияния соседних колес принимается допущение, что давление от них имеют средние значения.

Если рассмотреть совместно допущения, то условие прочности рельсов под поездной нагрузкой можно представить себе как сопоставление двух величин: суммарного нормального напряжения от изгиба рельса под действием колеса и изменения температуры и допускаемого напряжения. При этом первая величина определяется как максимальная вероятная с уровнем вероятности ее непревышения Ф=0,994 (λ_Ф=2,5), а вторая – как минимальная вероятная с уровнем вероятности непоявления меньших значений Ф=0,994 (λ_Ф=3,0).

Влияние климатических факторов учитывается лишь при температурных воздействиях на рельсы и изменениях жесткости пути (U, k) при промерзании шпал, балласта и земляного полотна.

Собственные напряжения в расчетах не учитываются.

Колеблющиеся массы колеса и пути в расчетах учитываются через коэффициент

α₀= , (3.9)

где m_k- колеблющаяся масса колеса; m_n- колеблющаяся масса пути, которая выражается в долях m_k : m_n=α_nm_k.

Для пути с деревянными шпалами α₀=0,433; α_п=1,31. Для пути с железобетонными шпалами α₀=0,401; α_п=1,48.

Неупругие сопротивления не учитываются.

За расчетное сечение пути принимается сечение в зоне влияния изолированной неровности на пути, которое экипаж проходит со сжатыми рессорами.

Максимальная сила инерции при проходе колесом изолированной неровности на пути имеет место уже после выхода колеса из неровности.

Подавляющая часть неровностей на колеса принимается в виде непрерывных, доля которых (1-q₁)=0,95. Считается, что остальная часть колес ( q₁=5%) имеет изолированные неровности. Дисбаланс колес не учитывается.

Несмотря на большое количество допущений и предпосылок расчет дает достаточно удовлетворительные результаты, хорошо совпадающие с экспериментальными данными. Это объясняется тем, что входящие в расчетные формулы ''Правил производства расчетов…'' численные параметры взяты непосредственно из экспериментов такими, чтобы расчетные и экспериментальные значения сил, прогибов и напряжений совпадали. Влияния допущений и неучтенных факторов учитывается в расчетах введением коэффициента запаса k_H=1,3.

3.2 Характеристики пути и подвижного состав

Вертикальные силы, передаваемые колесами экипажа рельсам при стоянке, называются статической нагрузкой. Величины этих нагрузок можно найти в технических паспортах экипажей или справочниках.

Динамические силы, действующие на путь, представляют собой ал­гебраическую сумму сил, каждая из которых вызвана определенным видом колебаний экипажа, силами веса, центробежными силами и т.п.

Для упрощения расчетов вертикальных динамических сил учитыва­ют только основные, наибольшие силы и пренебрегают остальными.

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, возникающие 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 находится в пределах от 71 до 81 кН у пассажирского вагона ЦМВ, 100-128,5 кН (груженый грузовой вагон) и 97,5-125 кН (локомотив).

Вертикальные силы инерции необрессоренных масс в большинстве случаев являются наибольшей составляющей динамического воздей­ствия на рельс, а поэтому 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 гребнем колес и боковой поверхностью головок рельсов. Устой­чивость и прочность рельса зависит от полной поперечной силы (боко­вой), передаваемой ему колесом. Равнодействующая боковых сил от одной колесной пары называется рамной силой. Для случая, показанно­го на рисунке 3.1 а, боковая сила

Рисунок 3.1 - 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.

определится как:

(3.10)

где Y - направляющее усилие.

Рамную силу можно определить по формуле

(3.11)

Боковая сила на прямых участках достигает значений 20-40 кН, в кривых – 50-100 кН.

В кривых, кроме рамных сил, 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 возникают вследствие угона пути, торможения и изменений температуры рельсов. При торможении локо­мотива продольная сила достигает значений 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. 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 при рельсах Р65, а в кромках подошвы — напряже­ния изгиба и кручения (100-300 МПа).

Напряжения на деревянной шпале под металлической подкладкой бывают в пределах от 1 до 3 МПа, на основной площадке земляного полотна — 0,05-0,09 МПа, а при очень высоких осевых нагрузках и больших неровностях пути могут быть и больше. Для расчета верхнего строения пути на прочность принимаем четырехосный вагон на тележках ЦНИИ-Х3 и локомотив 2ЭС5К.

Таблица 3.1 - Характеристики подвижного состава

Обозначения принятые в таблице 3.1:

Р_ср- статическая нагрузка колеса на рельс;

qк – отнесенный к колесу вес необрессованных частей;

Ж - приведенная к колесу 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;

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

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

3.2.1 Расчетные характеристики пути и подвижного состава

Характеристики

Список файлов ВКР