Диплом Макеев (1207444), страница 2

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

Текст из файла (страница 2)

Расчетами на прочность определяется минимально необходимый тип верхнего строения пути в заданных условиях эксплуатации, а целесообразный тип верхнего строения пути определяется технико-экономическими расчетами [4, 6].Методика расчетов верхнего строения на прочность и устойчивостьпозволяет решать ряд задач:Лист12- определение напряжений и деформаций в элементах верхнегостроения пути в заданных условиях эксплуатации;- оценка возможности повышения осевых нагрузок и скоростей движения при заданной конструкции пути;- определение возможности работоспособности конструкции пути доочередного капитального ремонта;- анализ причин потери прочности и устойчивости пути;- проектирование новых конструкций.Современная методика распространяется на конструкции верхнегостроения пути с рельсами длиной 12,5 и 25,0 м, в т.ч.

на рельсовыеэлементы стрелочного перевода (рамные рельсы, переводная кривая идр.).Вертикальные силы, передаваемые колесами экипажа рельсам пристоянке, называются статической нагрузкой.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.Вертикальные силы инерции необрессоренных масс в большинствеслучаев являются наибольшей составляющей динамического воздействия на рельс, а поэтому они в основном и определяют вертикальныединамические силы.

Причинами их возникновения могут быть колебанияколес, вызванные неровностями пути и колес, а также извилистым движением колесных пар.Горизонтальные поперечные силы, направленные перпендикулярнооси пути, возникают в уровне поверхности катания колеса по рельсу имежду гребнем колес и боковой поверхностью головок рельсов. Устойчивость и прочность рельса зависит от полной поперечной силы (боковой), передаваемой ему колесом. Равнодействующая боковых сил отодной колесной пары называется рамной силой.Боковая сила в прямых достигает 20…40 кН, а в кривых 50…100 кН.Лист13В кривых, кроме рамных сил, возникают центробежные силы, поперечные составляющие силы веса и тяги.Горизонтальные продольные силы возникают вследствие угона пути,торможения и изменений температуры рельсов.

При торможении локомотива продольная сила достигает 80…100 кН на звено, а при рекуперативном торможении на спуске – 600..700 кН.1.2.2 Расчет пути на прочностьДинамическая максимальная нагрузка от колеса на рельс определяется по формулеmaxPдин= Pср + λS ,(1.1)где Рср – среднее значение вертикальной нагрузки колеса на рельс, кг;S – среднее квадратическое отклонение динамической вертикальнойнагрузки колеса на рельс, кг;λ – нормирующий множитель, определяющий вероятность события,т.е. появления максимальной динамической вертикальной нагрузки,λ=2,5.Среднее значение вертикальной нагрузки колеса на рельс определяется по формулеPср = Pст +Pрср ,(1.2)где Рст – статическая нагрузка колеса на рельс, кг;Pрср – среднее значение динамической нагрузки колеса на рельсот вертикальных колебаний надрессорного строения экипажа, кг.Ppcp = 0.75Ppmax ,(1.3)где Ppmax – динамическая максимальная нагрузка колеса на рельс отвертикальных колебаний надрессорного строения, кг.Динамическая нагрузка колеса на рельс Ppmax с использованием эмпирических зависимостей динамических прогибов рессорного подвешиванияzmax от скоростей движения V определяется по формулеЛист14Ppmax = жzmax ,(1.4)где ж – приведенная к колесу жесткость рессорного подвешивания,кг/мм;zmax – динамический прогиб рессорного подвешивания, мм.Среднее квадратическое отклонение динамической вертикальной нагрузки колеса на рельс S определяется по формуле композиции законовраспределения его составляющих2S = Sp2 + Sнп+(1-tt22)Sннк+Sинк,100100(1.5)где Sp – среднее квадратическое отклонение динамической нагрузкиколеса на рельс от вертикальных колебаний надрессорного строения, кг;Sнп – среднее квадратическое отклонение динамической нагрузкиколеса на рельс от сил инерции необрессоренных масс при прохожденииколесом изолированной неровности пути, кг;Sннк – среднее квадратическое отклонение динамической нагрузкиколеса на рельс от сил инерции необрессоренных масс, возникающих изза непрерывных неровностей на поверхности катания колес, кг;Sинк – среднее квадратическое отклонение динамической нагрузкиколеса на рельс от сил инерции необрессоренной массы, возникающих изза 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;(1-t) – количество колес (в %), имеющих непрерывную плавнуюнеровность на поверхности катания.Обычно при отсутствии конкретной информации принимается среднийпроцент осей, имеющих изолированную плавную неровность, равный 5%,соответственно - непрерывную плавную неровность 95%.

С учетом этогодопущения формула (1.5) приобретает видЛист15222S = Sp2 +Sнп+0,95Sннк+0,05Sинк,(1.6)Среднее квадратическое отклонение динамической нагрузки колесана рельс Sp от вертикальных колебаний надрессорного строения Ppmax определяется по формулеSp = 0.08Ppmax ,(1.7)Среднее квадратическое отклонение динамической нагрузки колесана рельс Sнп от сил инерции необрессоренных масс Pнпmax , возникающихпри проходе изолированной неровности пути определяется по формулеmaxSнп = 0,707Pнп,maxPнп= 0.8×10-8 ×α1βεγlш(1.8)Uq ×Pср V ,к(1.9)Uq ×Pср V ,k(1.10)или после подстановки получаемSнп = 0,565×10-8 ×α1βεγlшгде α1 – коэффициент, учитывающий величину колеблющейся массыпути, для железобетонных шпал α1 = 0,931;β – коэффициент, учитывающий влияние типа рельсов на возникновение динамической неровности, зависящий от типа рельсов, длярельсов Р65 β=0,87; – коэффициент, учитывающий влияние материала и конструкциишпалы на образование динамической неровности пути, для железобетонных шпал = 0,322;γ – коэффициент, учитывающий влияние рода балласта на образование динамической неровности пути, принимается для щебеночногобалласта γ=1;lш – расстояние между осями шпал, при эпюре 1840 шт/км lш =0,55 м;U – модуль упругости рельсового основания, кг/см2.Среднее квадратическое отклонение динамической нагрузки колеса наmaxрельс Sннк от сил инерции необрессоренной массы Pннкпри движении коле-Лист16са с плавной непрерывной неровностью на поверхности катания определяется по формулеmaxSннк = 0,225Pннк,maxннкP=(1.11)α0K1UV 2 qd2 kU- 3.26k 2q,(1.12)где α0 – коэффициент, характеризующий отношение необрессоренноймассы колеса и участвующей во взаимодействии массы пути, для железобетонных шпал α0 = 0,403;K1 – коэффициент, характеризующий степень неравномерностиобразования проката поверхности катания колес, принимаемый дляэлектровозов, тепловозов, моторвагоного подвижного состава и вагоновравным 0,23;d – диаметр колеса, см;q – отнесенный к колесу вес необрессоренных частей;k – коэффициент относительной жесткости рельсового основанияи рельса, см 1 .k=4U.4EJ(1.13)Расчетная формула (1.11) после подстановки известных численныхзначений приобретает видSннк =0,052×α0UV 2 qd2 kU- 3.26k 2q,(1.14)Среднее квадратическое отклонение динамической нагрузки колеса нарельс Sинк от сил инерции необрессоренной массы Ринк, возникающих из-заналичия на поверхности катания плавных изолированных неровностейопределяется по формулеmaxSинк = 0,25Pинк,maxPинк= α0 ymax2U,k(1.15)(1.16)Лист17где ymax – наибольший дополнительный прогиб рельса при вынужденных колебаниях катящегося по ровному рельсу колеса с изолированнойнеровностью на поверхности катания, см.Для подавляющего числа расчетных случаев при скорости движенияболее 20 км/ч ymax = 1,47е,где е – расчетная глубина плавной изолированной неровности на поверхности катания колеса, принимаемая равной 2/3 от предельной допускаемой глубины неровности.Окончательно формула для определения Sинк приобретает видSинк = 0,735α0Ue.k(1.17)При определении эквивалентных нагрузок принимается максимальнаявероятная нагрузка расчетного колеса и среднее значение нагрузок соседних колес.Максимальная эквивалентная нагрузка для расчетов напряжений врельсах от изгиба и кручения определяется по формулеImaxPэкв= Pдин+ μ1Pсрi ,(1.18)где μi – ординаты линии влияния изгибающих моментов рельса в сечениях пути, расположенных под колесными нагрузками от осей экипажа,смежных с расчетной осью.Величина ординаты μi может быть определена по формулеμ1 = e-kli (coskli - sinkli ) ,(1.19)где k – коэффициент относительной жесткости рельсового основания и1рельса, см ;li – расстояние между центром оси расчетного колеса и колеса i-тойоси, смежной с расчетной;e – основание натуральных логарифмов (е = 2,72828...).Максимальная эквивалентная нагрузка для расчетов напряжений и силв элементах подрельсового основания определяется по формулеIImaxPэкв= Pдин+  ηPi срi ,(1.20)Лист18где ηi – ординаты линии влияния прогибов рельса в сечениях пути, расположенных под колесными нагрузками от осей экипажа, смежных с расчетной осью.ηi = e-kli (coskli + sinkli ) ,(1.21)Величины функций μ и η для различных значений kx, приведены в таблице 9, [5].

Абсцисса x принимается равной li при определении влияния соседних колес через вычисление эквивалентных нагрузок и равной lш приопределении 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 МIM Pэкв=,W 4kWσ0 =(1.22)- в кромках подошвы рельсаIPэквσk = fσ л = f,4kW(1.23)- в шпале на смятие в прокладке при железобетонной шпалеσшГ =Q klш II=Pэкв ,ω 2ω(1.24)- в балласте под шпалойσб =klQII= ш Pэкв,Ωα 2Ωα(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 рельси эксцентриситет приложения вертикальной нагрузки; – площадь рельсовой подкладки, см2;2  – площадь полушпалы с учетом поправки на ее изгиб, см .Лист19Расчетная формула для определения нормальных напряжений σh вбалласте (в том числе и на основной площадке земляного полотна) наглубине h от подошвы шпалы по расчетной вертикали имеет видh = h +h +h ,12(1.26)3где σh1 и σh3 – напряжения от воздействия соответственно 1-ой и 3-ейшпал, лежащих по обе стороны от расчетной шпалы (рисунок 1.1);σh2 – напряжения от воздействия 2-ой шпалы (расчетной) в сечении пути под расчетным колесом.шпала 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 определяются на основе решения плоской задачи теории упругости при рассмотрении шпального основания как однородной изотропной среды поформуле h =  бр χ 2,55С2 +(0,635С1 -1,275С2 )m ,2bb3C1 =,2h 24h3(1.28)bh,b + 4h2(1.29)8.9³ 1, бр + 4,35(1.30)C2 =m=(1.27)2где σбр – напряжение под расчетной шпалой на балласте, осредненное по ширине шпалы, кг/см2;b – ширина нижней постели шпалы, см;Лист20h – 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;χ – коэффициент, учитывающий неравномерность распределения давления вдоль шпалы и пространственность приложения нагрузки,χ=0,7.Напряжения на глубине h под расчетной шпалой, обусловленные воздействием смежных (соседних с расчетной) шпал, определяются по формуле h = 0.25× БС А ,i(1.31)где i = 1; 3Учитывая, что расчетная ось находится над второй (расчетной) шпалой№ 2, получаем соответственно под первой и третьей шпалами h = 0.25 Б1А ,(1.32) h = 0.25 Б3 А ,(1.33)iiгде σБ1 и σБ3 – среднее значение напряжений по подошве соседних срасчетной шпал, кг/см2;А – коэффициент, учитывающий расстояние между шпалами lш,ширину шпалы b и глубину h.Индексы у σБ означают: 1 и 3 - номера шпал, под которыми определяются напряжения.А = θ2 - θ3 +0,5(sin2θ2 - sin2θ3 ) ,(1.34)Углы в 2 и 3 (в радианах) между вертикальной осью и направлениямиот кромки шпалы до расчетной точки (рисунок 1.1) определяются по формуламθ2 = arctglш + 0,5b,h(1.35)θ3 = arctglш - 0,5b,h(1.36)Лист21Приведенные формулы применимы при h  15 см.Напряжения в балласте под расчетной шпалой ббр определяются поформуле бр =klш IIPэкв ,2Ωα(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+ Pсрη ,гдеP(1.38)η = Pсрηl1-2 для двухосной тележкисрДля двухосной тележки расчетным колесом при определении воздействия на балласт на глубине h будет первое колесо.Напряжения 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. БС =klш IIPэкв .2Ωα(1.39)Выполним расчеты для следующих исходных данных:- подвижная нагрузка локомотив ВЛ-80;- скорость движения V=100 км/ч;- участок пути - прямая.-42Ppmax =116∙(10.9+9.6∙10 ∙100 )=2378 кгPpcp =0,75∙2378=1783 кгРср=12000+1783=13783 кг,к=41500= 0.015360 см-164×2.1×10 ×3208Sp=0,08×2378=190 кг,Лист22Sнп = 0,565×10-8 ×0,931×0,87×0,322×1×55Sинк = 0,735×0.403×Sннк =15002760 ×13283×100 =1834 кг ,0.015361500×0.047 =1360 кг0.015360,052×0.403×1500×1002 276012522= 231кг0.01536×1500 - 3.26×0.01536 ×2760S = 1902 +18342 +0,95×2312 +0,05×13602 =1882 кгmax=13783+2.5∙1882=18489 кгPдинμ=0,0089; η=-0,0111 для kx=4,6I=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/см2 < [ σ к ]=1900 кг/см2σш =0.01536×5118337 =13.9 кг/см2 < [ σ ш ]=16 кг/см22×518σб =0.01536×5118337 = 2.32 кг/см2 < [ σ б ]=4.0 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 h 2 =0,7[0,635∙1,35∙0,226+1,275∙(2-1,33)∙0,109]∙2,32=0,461 кг/см51+ 0.5 × 27.6= 0.823841рад6051- 0.5 × 27.6Θ3 = arctg= 0.554996 рад60Θ2 = arctgА=0,823841-0,554996+0,5(sin(2×0,823841)-sin(2×0.554996))=0.32ηlш=0,6354 при kx=0.80 (х=51 см)ηl1-lш=-0,0308 при kx=3,82 (х=300-51=249 см)Лист23ηl1+lш=-0,0006 при kx=5,4 (х=300+51=351 см)II=18337∙0.6354+13784∙(-0.0006)=11643 кгPэквб1II=18337∙0,6354+13784∙(-0,0308)=11241 кгPэквб3σБ1 =0,01536×5111643 =1,47 кг/см22×3092σБ3 =0,01536×5111241=1,42 кг/см22×3092σh1 =0.70.32×1.47 = 0.105 кг/см23.1415926σh3 =0.70.32×1.42 = 0.101кг/см23.1415926σh=0,461+0,105+0,101=0,667 кг/см2 < [σh]=1,0 кг/см2Для различных условий эксплуатации выполнены расчеты пути напрочность на ЭВМ по программе SYGMA (приложение) для следующих исходных данных: нагрузка – грузовой вагон на тележках ЦНИИ-Х3, участокпути – кривая R=587 м, скорость движения – 80 км/ч.На рисунке 1.2 приведены графики зависимостей напряжений в элементах верхнего строения пути при трех значениях статической нагрузкина колесо: 50, 115 и 150 кН.

Характеристики

Список файлов ВКР