34. Комплексный расчет пути на прочность и устойчивость

Нормальные напряжения от изгиба рельса определяются в кромках подо­швы и головки под воздействием вер­тикальных сил от колес локомотива, движущегося с максимально возмож­ной скоростью. В мо­мент прохода экипажа изгибные напря­жения под поездной нагрузкой сумми­руются с температурными напряже­ниями в рельсовых плетях бесстыково­го пути. Очевидно, что прочность рельсовой плети лимити­руется этими суммарными напряже­ниями, которые имеют наибольшую величину: летом — в кромках головки рельса; зимой — в кромках подошвы.

Прочность рельса будет обеспече­на, если суммарные нормальные на­пряжения не превысят допускаемых ве­личин, т. е.

k_н - коэффициент неучтенных в расче­тах прочности факторов (=1,3)

- максимальные вероятные кромочные на­пряжения в головке рельса летом (при уровне вероятности Ф = 0,994), МПа;

- максимальные вероятные кромочные на­пряжения в подошве рельса зимой (Ф = 0,994), МПа;

- допускаемое на­пряжение (350 МПа для новых незакален­ных рельсов и 400 МПа — для новых термоупрочненных рельсов).

Величины наи­больших допускаемых температурных напряжений неизвестны и подлежат оп­ределению:

Зная σ_t, нетрудно определить соот­ветствующие допускаемые изменения температуры рельса по условию проч­ности:

в сторону повышения (лето) по прочности головки

в сторону понижения (зима) по прочности подошвы

Из двух значений допускаемых от­клонений температуры рельса(относи­тельно нейтральной t₀ ) в сторону по­вышения ∆t_c (при сжатии); ∆t_у (условие устойчивости) и ∆t_пг+6°С (условие прочности головки) в качестве расчетного принимается ли­митирующее — меньшее из двух. Здесь 6°С — допускаемое перенапряжение го­ловки. Обычно лимитирует ∆t_у.

Допускаемое изменение температу­ры рельса в сторону понижения ∆t_р (при растяжении) принимается равным ∆t_пп.

35. Определение возможного интервала закрепления бесстыкового пути. Режим работы бесстыкового пути: без сезонных разрядок напряжения и с двумя сезонными разрядками напряжений

Бесстыковые плети (в отличие от рельсов стандартной длины) приходит­ся укладывать в определенном темпера­турном интервале, определяемом по расчету. Только так можно обеспечить прочность при самых низких (t_{min min - p}) температурах рельсов зимой и прочность и устойчивость при самых высо­ких температурах летом (t_{max max - p}).

Самую низкую и самую высокую температуру рельса, при которой еще можно укладывать бесстыковые плети в заданных условиях, можно найти со­ответственно из выражений:

Отложим графически от наивысшей температуры рельса (t_{max max - p}) в некотором масштабе ве­личину ∆t_с, а от наинизшей температу­ры (t_{min min - p}) - ∆t_р. Как видно, встречные концы этих отрезков могут перекрывать друг друга. Длина этого перекрытия графически определяет ве­личину температурного интервала за­крепления ∆t_з, в пределах которого следует укладывать и закреплять плети на постоянный режим эксплуатации.

Из графика следует, что фактическая годовая температурная амплитуда рельсов в зоне укладки бесстыкового пути

Откуда

Для того чтобы практически уло­вить требуемый температурный интер­вал, нужно, чтобы его наименьшая ве­личина была порядка 7—10 °С. В ред­ких случаях (при рельсах Р50 и в крутых кривых), когда оказывается, что интервал ∆t_з меньше этой величи­ны (или даже отрицательный), получа­ется, что эксплуатация бесстыкового пути температурно-напряженного типа невозможна без периодических разря­док напряжений. Графически это будет случай, когда отрезки ∆t_с и ∆t_р не пере­крывают друг друга.

Определим допустимую амплитуду температуры рельсов |T_A| как сумму допускаемых изменений температуры рельсов (∆t_c +∆t_p) уменьшенную на величину минимально необходимого интервала min ∆t_з для производства работ по закреплению плетей:

Фактическая годовая амплитуда температуры рельсов T_A в данном районе:

Сопоставляя |T_A| с T_A, делают вывод о возможности применения бесстыкового пути в заданных эксплуата­ционных и климатических условиях. При |T_A| ≤ T_A возможна укладка и экс­плуатация бесстыкового пути температурно-напряженного типа; в случае |T_A| > T_A необходимо рассмотреть це­лесообразность реализации следующих мероприятий:

1 . усиления конструкции верхнего строения пути за счет укладки более мощного типа рельсов, увеличения числа шпал на 1 км пути, увеличения размеров балластной призмы с целью уменьшения изгибных напряжений в кромках рельсов ( и ) и одновременного повышения устойчивости пути (Р_к, ∆t_у);

2. уположения кривых, если ограни­чение связано с кривизной пути в плане;

3. временного ограничения скорос­ти движения поездов на короткие пе­риоды действия особо низких темпера­тур зимой (близких к экстремальным);

4. проведения сезонных разрядок температурных напряжений два раза в год — весной и осенью в соответствую­щих температурных интервалах за­крепления и

Выбор оптимального из перечис­ленных мероприятий представляет собой технико-экономическую задачу, которая должна решаться с учетом конкретных эксплуатационных усло­вий. При этом следует иметь в виду чрезвычайно неблагоприятные сторо­ны сезонных разрядок напряжений:

• потребность в "окнах" и ограниче­ниях скорости движения поездов до 15—25 км/ч на целых перегонах и на­правлениях (ущерб для движения поез­дов);

• повышение трудоемкости текущего содержания пути (примерно на 15 %);

• несвоевременное выполнение разря­док напряжений угрожает безопаснос­ти движения поездов (выброс пути или разрыв рельсовых плетей);

• затруднения в работе дистанций пути в связи с совпадением сезонных разрядок по времени выполнения с другими неотложными путевыми рабо­тами (выход пути из зимы и подготов­ка пути к ней).