Міністерство освіти та науки України

Українська державна академія залізничного транспорту

Донецький інститут залізничного транспорту

Кафедра: “Будівництво і експлуатація колії та споруд”

Розрахунок безстикової колії на міцність та стійкість

Курсовий проект

КП 01.002 ПЗ

Керівник: доцент

Жадан Г.І.

Розробив: ст. гр. V-ЗС

Бєлова Я.

2012

Зміст

Вступ

1 Розрахунок колії на міцність

1. Завдання з розрахунку колії на міцність на ПЕОМ

1.2 Розрахунок колії на міцність на ПЕОМ

1.3 Аналіз залежності напружень від пори року

2 Розрахунок безстикової колії

2.1 Розрахунок безстикової колії на міцність

2.2 Визначення температурних умов закріплення і

експлуатація рейкових плітей

2.3 Аналіз залежності температурних інтервалів закріплення

плітей від швидкості руху

3 Розрахунок безстикової колії на мосту

3.1 Схема мосту,а також схема розміщення рейкових плітей та

зрівнювальних рейок на суміжних спорудах

3.2 Розрахунок зазорів в стиках зрівнювальних рейок

3.3 Визначення температурних інтервалів заміни сезонних рейок 3.4 Побудова графіку температурної роботи зрівнювальних

рейок на мосту

3.5 Визначення величини зазору при зламі рейкової пліті та

побудова графіку залежності величини зазору від

температурного перепаду

Список використаних джерел

ВСТУП

Конструкція верхньої будови колії по міцності, стійкості і за станом повинна забезпечувати безпечний і плавний рух поїздів з найбільшими швидкостями, встановленими для заданої ділянки. Цю вимогу ПТЕ необхідно виконувати в умовах безперервної дії різних динамічних навантажень і природного впливу, а також з урахуванням залишкових деформацій всіх елементів колії.

Головними вимогами до конструкції колії являються умови забезпечення її міцності, стійкості та економічності. Розрахунками на міцність визначається мінімально необхідна конструкція верхньої будови колії в заданих умовах експлуатації, а доцільна конструкція верхньої будови колії визначається техніко-економічними розрахунками.

Методика розрахунків верхньої будови колії на міцність та стійкість дозволяє вирішувати ряд задач:

• визначення напружень і деформацій в елементах верхньої будови колії в заданих умовах експлуатації;

• оцінка можливості підвищення осьових навантажень і швидкості руху при заданій конструкції колії;

• визначення можливості працездатності конструкції колії до наступної модернізації (капітального ремонту);

• аналіз причин втрати міцності і стійкості колії ;

• проектування нових конструкцій.

1 Розрахунок колії на міцність

Методика розрахунку колії на міцність

Розрахунки міцності колії основані на положенні, що її конструкція знаходиться в справному стані, який відповідає вимогам ПТЕ і діючим нормам. Геометричні параметри рейкової колії повинні відповідати задовільному стану колії. Динамічні сили діють на колію через колеса рухомого складу і рейку. В розрахунках враховують дію на колію одного візка вагона або локомотива. Конструкція екіпажної частини різних типів рухомого складу повинна бути в справному стані, який відповідає вимогам ПТЕ і технічним нормам.

Горизонтальні (бокові) сили, а також крутильні моменти із-за ексцентриситету прикладення вертикальних сил в розрахунках враховуються коефіцієнтом ƒ, який визначається експериментально і залежить від серії локомотиву і плану лінії.

Визначення динамічних сил та згинаючих моментів, які діють в розрахунковому перерізі рейки

Мета розрахунку: встановити величину залежність напружень в елементах заданої конструкції верхньої будови колії від швидкостей руху заданого локомотиву в прямих і кривих ділянках в літніх та зимових умовах.

Послідовність розрахунків

Визначити динамічне навантаження від коліс заданого локомотива (ВЛ8) та рейки при швидкості 80 км/год

Локомотив ВЛ8 має центральне ресорне підвішування,то максимальне значення сил інерції,від коливання на ресорах Р_р, кг , визначається по формулі

Р_р = Ж_р*Z_max , (1.1)

де Ж_р - жорсткість ресорного підвішування візка,що приведена до одного колеса ,приймається з додатку 1 , кг/мм;

Z_max – максимальний динамічний прогин рейок ,мм,визначається по формулі

Z_max= а+в *V², (1.2)

де а і в – емпірічні коефіцієнти ,які приймаються в залежності від типу локомотиву по додатку 2 [2] ;

V - швидкість руху, км/год( V=22,8 м/сек = 80 км/год)

Далі визначається середнє динамічне навантаження колеса на рейку, кг

, (1.3)

де Р_ст – статичне навантаження від колеса на рейку, кг; з додатку 1 для локомотива ВЛ8;

Р_ст = 11500 кг;

Р_р – значення сили інерції, що викликається коливаннями надресорної частини екіпажу , кг, визначається по формулі (1.1).

Середнє квадратичне відхилення динамічного навантаження колеса на рейку ,кг від вертикальних коливань надресорної частини екіпажу Р_р визначається за формулою

, (1.4)

Середнє квадратичне відхилення динамічного навантаження колеса на рейку , кг від сил інерції, які виникають при проходженні колесом нерівностей колії

, (1.5)

де β – коефіцієнт, що враховує тип рейки, приймається по додатку 3 в залежності від типу рейки і її приведеного зносу;

γ – коефіцієнт, який враховує рід баласту, для щебеневого баласту γ=1 згідно ;

– відстань між вісями сусідніх шпал (при епюрі 1840 шт/км - =54см, при 2000 шт/км - =50см );

– середнє динамічне навантаження колеса на рейку, кг;

U – модуль пружності підрейкової основи, кг/см , приймається по додатку 4 (при залізобетонних шпалах) в залежності від типу рейок, товщини прокладок під підкладками, епюри шпал і пори року;

К – коефіцієнт відносної жорсткості рейкової основи та рейки, см^-1, розраховується по формулі (1.6)

q – не підресорна вага, яка приходиться на одне колесо, кг, для локомотива ВЛ8;

q=3170 кг (додаток 1 ) ;

V – швидкість, км/год – по завданню;

ε – коефіцієнт урахування матеріалу шпал. Для залізобетонних шпал згідно ε=0,322 ;

α₁ – коефіцієнт рівний відношенню коефіцієнтів, які враховують співвідношення мас,які коливаються, колес і колії. Для колії на залізобетонних шпалах α₁=0.931 (згідно ).

Коефіцієнт відносної жорсткості підрейкової основи і рейки К, [см ] для літа та зими визначається по формулі

, (1.6)

де Е – модуль пружності рейкової сталі, кг/см², кг/см^2;

I_B – момент інерції поперечного перерізу рейки відносно горизонтальної нейтральної осі при згинанні у вертикальній площині, см⁴, I_B=3208 см⁴ приймається по додатку 3 .

Середнє квадратичне відхилення , [кг] максимального вертикального інерційного зусилля, яке виникає при відхиленні центру непідресорної маси від прямолінійної траєкторії через безперервні плавні нерівності на колесі, які є слідством нерівномірного зносу (прокату), його поверхні катання, визначається по формулі

, (1.7)

де К₁ = 0,225; К₀=0,052, К = 0,231 для електровозних згідно ;

α₀ – коефіцієнт урахування опору мас, що коливаються α₀^з,б = 0,403 згідно ; інші позначення попередні.

Визначення середнього квадратичного відхилення ,[кг] інерційної сили, яка виникає в результаті вертикальних коливань через прокатування колеса своєю ізолюванню нерівністю по рейці, без відриву від неї

(1.8)

де - максимальний додатковий вигин рейки, віднесений до одиниці глибини нерівності, при проходженні колесом косинусоідальної нерівності, безрозмірна величина;

а₁ – глибина ізольованої нерівності колеса, см, визначається виходячи з допустимої глибини вибоїни.

Згідно з ПТЄ допустима глибина нерівностей для локомотивних коліс а=1мм. Враховуючи, що краї нерівності швидко закатуються, в розрахунок беруть а₁=2/3а=2/3*1=0,067см.

Щоб визначити у_max , необхідно знати величину критичної швидкості

(1.9)

де g – прискорення вільного падіння, см/с²; g=981 см/с²;

q – не підресорена вага, що доводиться на одне колесо, кг.

Якщо , приймають =1,47.

При визначається по формулі

(1.10)

Середнє квадратичне відхилення додаткових вертикальних сил із-за нерівнопружності опор [кг ],вводиться в розрахунок тільки при визначенні Р^II_екв і визначається при залізобетонних шпалах по пропозиції М.Ф. Веріго по формулі

, (1.11)

Далі визначається величина середнє квадратичного відхилення S, кг,обумовленого всіма перемінними вертикальними інерційними силами, визначається за формулою

(1.12)

Розрахунковий імовірний максимум тиску колеса у розрахунковому перерізі, в кг

(1.13)

де λ_р – нормуючий множник, згідно [1] .

Тепер можна визначити еквівалентні сили , в кг.

(1.14)

(1.15)

де μ_і, η_і – ординати лінії впливу згинаючого моменту і вертикальної поперечної сили відповідно в розрахунковому перерізі, розташованому під навантажуючими рейку осями.

Цифрові значення μ_і і η_і приймаються в залежності від КХ по таблиці Д.2.4 [3], де К-коефіцієнт відносної жорсткості, а х - відстань осі від розрахункового перерізу.

Розрахункові схеми для визначення показані на рисунках 1.1 і 1.2

Рисунок 1.1 – Розрахункова схема визначення величини .

Рисунок 1.2 – Розрахункова схема для визначення величини .

- найменша відстань між осями колісних пар.

Електровоз ВЛ 8 має двухвісні візки. Тому розрахункову вісь при визна -ченні напружень від вигину у рейках приймаємо крайню (передню), а при визначенні сили g та вигину y, тобто для :при позитивних значеннях ординат за розрахункову приймаємо – середню вісь, а при від’ємних – крайню.

Величина згинаючого моменту М_дин., і тиску рейки на шпалу Q,кг визначається по формулах

(1.16)

(1.17)

Визначення напружень в елементах верхньої будови колії.

При практичних розрахунках колії на міцність визначаються : напруження від вигину й кручення в рейках ( в головці та підошві ); стискаючи напруження в шпалах під підкладкою ; напруження стиску в баласті під шпалами і напруження стиску на основній площадці земляного полотна під баластом .

Розрахункові формули:

або ; [ ] (1.18)

Коефіцієнт ƒ вводиться для урахування дії бокових сил і ексцентриситету прикладання вертикальних сил ;

W_п – момент опору поперечного перерізу по низу підошви рейки, см³, приймається 3 [2], додаток 3.

; [ ] (1.19)

Коефіцієнт враховує перехід від основних напружень в підошві до кромочних напружень в головці. Він залежить від коефіцієнту ƒ і типу рейки і знаходиться по формулі :

(1.20)

де Z_r ,Z_п – відстані від центральної горизонтальної осі до верху головки і низу підошви відповідно, см (додаток 3[2] );

b_г ,b_п – відповідно ширина головки і підошви рейки поверху, см. Значення b_г і b_п наведені в додатку 3[2] .

(1.21)

де ω_п – площа підкладки, см², (додаток 12 [2] )

(1.22)

де - ефективна опорна площа напівшпали з урахуванням її вигину, см², ( додаток 9[2] ).

Із всього наведеного у розділі 1 видно, що розрахунки колії на міцність в ручному виконанні дуже складні і громіздкі. Тому простіше їх виконати за допомогою ПЕОМ.