Литература:

1. Яковлева ЖД путь.

2. Никонов и Виноградов ЖД путь.

Курсовая работа. Расчёты на прочность верхнего строения пути.

Оглавление

Цель расчётов пути на прочность и устойчивость. 4

Виды воздействий на путь. 4

Воздействия на путь подвижного состава 4

Схема перераспределения нагрузок у локомотива при трогании. 4

Основные части экипажа. 5

Колебания кузова. 5

Модель колебаний обрессоренных масс. 5

Неровности на пути. 5

Несовершенства колёс. 5

Непрерывные неровности на колесе. 6

Расчёт пути на прочность, принятый в инженерной практике. 7

Сфера применения методики. 7

Модель пути. Основные положения. 7

Схема моделей рельса. 8

Модель взаимодействия пути и подвижного состава. 8

Критерии прочности. 9

Определение прогиба рельса y, поперечной силы Q и изгибающего момента М. 10

Параметры при воздействии на путь трёхосной тележки. 10

Эквивалентные силы. 11

Расчётные и средние значения сил. 11

Определение максимальных напряжений в элементах конструкции пути. 12

Классификация скреплений. 13

Безбалластный путь. 13

Выбор толщины балластной призмы. 14

Безбалластный путь. 14

Определение максимальных напряжений в элементах конструкции пути. 15

Воздействие на путь природных факторов. 16

Воздействие температуры на рельсы. 16

Собственные воздействия. 17

Технологические напряжения в рельсах. 17

Остаточные напряжения в рельсах. 17

Эксплуатационные напряжения в рельсах. 17

Бесстыковой путь 18

Протяжение бесстыкового пути. 19

Основные направления развития бесстыкового пути на сети. 19

Отличие работы бесстыкового пути. 20

Особенности напряжённо-деформированного состояния бесстыкового пути (модель). 20

Погонные сопротивления (схема возникновения р). 21

Летнее погонное сопротивление. 21

Зимнее погонное сопротивление (на примере скрепления КБ). 22

Требования к скреплениям по сопротивлениям. 22

Дополнительные требования при укладке в сложных условиях. 23

Расчётные схемы для напряжений. 23

Схема А. 23

Схема Б. 24

Условие существование плети. 24

Короткие и длинные рельсы. 25

Температурные напряжения и перемещения в рельсах. 25

Схема температурных напряжений и перемещений в рельсах. 26

Температурные перемещения в плетях.- 26

Температурные напряжения в плетях летом и зимой. 27

Температурные перемещения в плетях летом и зимой. 28

Устойчивость пути, результаты экспериментальных исследований. 28

Расчёты устойчивости. 28

Расчёт повышений и понижений температуры рельсовых плетей. 28

Эпюры напряжений в рельсах. 29

Допускаемые повышение и понижение температуры рельсовых плетей. 29

Температурные интервалы закрепления рельсовых плетей. 30

Модули упругости для расчёта напряжений. 30

Закрепление плетей. 30

Оптимальные температуры закрепления плетей. 31

Мероприятия по расширению зоны укладки бесстыкового пути. 31

Особенности работы, устройства и расчёта бесстыкового пути на мостах. 31

Длины плетей на мостах. 32

Шпальное основание бесстыкового пути. 32

Схема примыкания бесстыкового пути к звеньевому. 33

Схема примыкания шпал для бесстыкового пути у мостов. 33

Эпюры шпал на мостах. 33

Местные напряжения в рельсах. 34

Контактные напряжения. 34

Схема контактных напряжений. 35

Модель контактных напряжений. 35

Результаты расчёта контактных напряжений в рельсе. 35

Зарождение дефектов головки (по условию выносливости). 36

Схема развития контакно-усталостного дефекта. 36

Образование дефекта 21. 37

Напряжения в зоне перехода головки в шейку и шейки в подошву. 37

Напряжения в зоне болтовых отверстий. 38

Устойчивость пути против поперечного сдвига поездом. 38

Земляное полотно. 39

Основные требования к земляному полотну. 39

Требования 1 группы. 39

Нормы допустимых деформаций. 39

Эксплуатационные требования к земляному полотну. 40

Земляное полотно — комплекс инженерных сооружений. 40

Геотехническая система земляное полотно (ГТС ЗП). 40

Функция надёжности работы ГТС ЗП. 40

Проектирование земляного полотна. 41

Поперечные профили. 41

Основная площадка. 42

Ширина основной площадки на прямых. 42

Групповые и индивидуальные конструкции. 42

Индивидуальные проекты насыпей. 43

Объекты и условия применения индивидуальных проектов (выемки). 43

Объекты и условия применения индивидуальных проектов (земляное полотно в неблагоприятных условиях). 43

Схема передачи нагрузки от подвижного состава на основную площадку. 46

Интенсивность эпюры нагрузки р_п. 46

Форма эпюры, полученная экспериментально. 46

Расчётные формы эпюр. 47

Цель расчётов пути на прочность и устойчивость.

Расчёты выполняются в целях:

1. Оценки напряжённо-деформированного состояния данной конструкции пути при заданных условиях её эксплуатации.

2. Определения предельных эксплуатационных нагрузок, при которых напряжения и деформации, возникающие в пути, не будут превосходить допустимых величин, а его устойчивость будет надёжно обеспечена.

3. Проектирования новых конструкций пути.

Расчёты пути на прочность и устойчивость определяют минимально необходимую мощность пути, а технико-экономические расчёты – оптимальную мощность.

Определяющие эксплуатационные факторы.

1. Нагрузки на оси локомотивов и вагонов (Р_ос кН/ось)

2. Скорости движения (v м/с).

3. Грузонапряжённость (Т₀ млн. ткм брутто/ км год).

4. Прошедший тоннаж (Т, млн т. Брутто).

Виды воздействий на путь.

1. Воздействие подвижного состава (воздействие локомотивов, имеющих более высокие осевые нагрузки, определяют прочность пути, а вагонов как массовых нагрузок, — остаточные деформации).

2. Воздействие природно-климатических факторов (основные из них — температура и осадки).

3. Воздействие собственных (внутренних) напряжений. Возникают в элементах верхнего строения пути (главным образом в рельсах) при их изготовлении, укладке и эксплуатации.

Воздействия на путь подвижного состава

Статическое воздействие на путь стоящего экипажа определяется его весом Q и числом осей n.

P=Q/n.

Для РЖД максимальные P_ос = 230 кН у вагонов и P_ос = 250 кН у локомотивов.

Для США максимальные P_ос = 300 кН у вагонов и P_ос = 340 кН у локомотивов.

Схема перераспределения нагрузок у локомотива при трогании.

DP – разгрузка передней оси и перегрузка задней оси.

F — касательная сила тяги (приложена по контакту колёс с рельсами).

Основные части экипажа.

Любая подвижная единица имеет:

1. Необрессоренную часть (колёсные пары и буксовые узлы) характеристика: масса — m_к.

2. Комплекты пружин (рессор) характеристика: жёсткость — Жр.

3. Опирающиеся на рессоры кузов — надрессорное строение (обрессоренная масса) характеристика: масса —М_куз.

Колебания кузова.

Возвратно-поступательные:

1. Подпрыгивание – кузов на рессорах перемещается вверх и вниз (ось z).

2. Подёргивание — кузов на рессорах смещается вдоль оси пути (ось X).

3. Относ — кузов на рессорах смещается поперёк пути (ось Y).

Вращательные:

4. Виляние — вокруг вертикальной оси Z.

5. Боковая качка — вокруг продольной оси X.

6. Галопирование — вокруг поперечной оси Y.

Модель колебаний обрессоренных масс.

Р_инерц = М_куз y_куз

Р_1-реак = f_р y_куз

Р_2-реак = Ж_р y_куз

М_куз — масса кузова представляется в виде сосредоточенной массы, приведённой к колесу.

Ж_р — жёсткость рессорного подвешивания, приведённая к колесу.

f_р — коэффициент вязкого трения рессор.

y_куз — вертикальное динамическое перемещение центра тяжести кузова при колебаниях на рессорах.

Неровности на пути.

Делятся на:

1. Явные или геометрические — делятся на неровности продольного профиля (устанавливаются нивелировкой по головке рельса) и микронеровности на поверхности катания головок рельсов, вызванные волнообразным износом рельсов (измеряются специальными приборами).

2. Неявные (потайные) или силовые, образующиеся из-за неплотного прилегания элементов верхнего строения пути друг к другу и проявляющиеся при выборке этих люфтов под нагрузкой.

Ординаты неровности на пути представляют собой сумму ординат геометрических и силовых неровностей. В случае наличия этих неровностей при взаимодействии колеса и рельса возникает вертикальная геометрическая сила инерции P_нп.