4.2 Расчет прочности рельсовых плетей.

Рельсовые плети бесстыкового пути, кроме изгибных и других напряжений от воздействия колес подвижного состава, испытывают значительные температурные напряжения – сжимающие летом и растягивающие зимой. Следовательно, в рельсах необходимо иметь значительный запас прочности с учетом этих температурных напряжений.

Расчет прочности бесстыковой рельсовой плети основан на условии, что наибольшие напряжения от воздействия на путь подвижного состава и изменений температуры рельсов не превышают допустимые значения:

где – кромочные напряжения, возникающие в подошве и головке рельса;

– напряжение в рельсе от воздействия температуры;

– коэффициент запаса прочности ( );

– допускаемые напряжения (

Напряжения в поперечном сечении рельса от действия сжимающих и растягивающих температурных сил, соответственно возникающих при повышении и понижении температуры рельса относительно нейтральной оси

где – нормальные напряжения в кромках подошвы рельса от изгиба под нагрузкой от колес подвижного состава.

Сжимающие напряжения σ_с в кромках головки рельса рассчитываются для лета, когда сжимающие напряжения в головке от изгиба рельса суммируются со сжимающими температурными .

Рисунок 4.1 - Эпюры нормальных напряжений в рельсах в летний и зимний период.

Растягивающие напряжения в кромках подошвы рельса рассчитываются для зимних условий, когда растягивающие напряжения в подошве от изгиба рельса суммируются с растягивающими температурными напряжениями .

Наибольшее допускаемое понижение температуры рельсов по сравнению с нейтральной, при котором обеспечивается необходимый запас прочности на растяжение подошвы рельса при совместном действии температурных и поездных нагрузок

При термоупрочненных рельсах первого срока службы значение увеличивают на 20⁰С.

Устойчивость бесстыкового пути:

Величина критической температурной силы в прямой и кривой

Допускаемая предельная температурная сила в прямой и кривой

Повышение температуры рельсовой плети, допускаемое по условию устойчивости пути в прямой и кривой

где: F - площадь поперечного сечения рельса =78,24*10^-4 (м²)

Полученные значения сравниваются с нормативными

В прямой: .

В кривой: .

Для рельса Р65: В прямом участке нормативное значение , а полученно , значит в дальнейшем для расчетов нужно принимать значение .

На кривой, нормативное значение , значит полученное для дальнейших расчетов применяться не будет.

Прочность бесстыковых рельсовых плетей:

Наибольшее допускаемое повышение температуры рельсов в прямой и кривой

По условию прочности на растяжение подошвы рельса зимой

ЧС7

Прямая:

Кривая:

ВЛ60

Прямая:

Кривая:

Вывод

В дальнейших расчетах принимаем нормативные значения температур для электровоза ЧС7: 102⁰С и 98,5⁰С, для электровоза ВЛ60: 108⁰С и 84⁰С.

Определение расчетных интервалов температур закрепления рельсовых плетей.

Режим работы плети без разрядки напряжений. Для обеспечения прочности и устойчивости бесстыкового пути все вновь укладываемые плети должны закрепляться при оптимальной температуре.

Прежде чем определять температурные интервалы закрепления проверим условие:

,где |T_A| – фактическая годовая амплитуда температуры рельсов в данном районе (для Котласа эта амплитуда равна 108ºС).

Если условие выполняется, то рассчитываем температурные интервалы закрепления рельсовых плетей на постоянный режим эксплуатации, если же оно не выполняется, то рассчитываем температурные интервалы закрепления рельсовых плетей с сезонными разрядками температурных напряжений.

Для прямой |Т_а|= 108⁰С< 102+54 – 10= 146;

Для кривой |Т_а|= 108⁰С<85+36 – 10= 111.

Плети при скреплении КБ закрепляют завинчиванием гаек клеммных и закладных болтов с усилиями, указанными в инструкциях.

При достаточно большом расчетном интервале температур рекомендуется выбрать в его пределах оптимальный интервал закрепления плетей :

По условию прочности на растяжение рельсовой плети

По условию устойчивости рельсовой плети

где – допускаемые понижения и повышения температуры.

= -51⁰С- самая низкая температура рельсов в зимний период, в данном районе (Котлас);

= 57⁰С - самая высокая температура рельсов в зимний период, в данном районе (Котлас).

план	локомотивы	v км/ч	Допускаемое понижение температур рельсовых плетей	Допускаемое понижение температур рельсовых плетей
прямая	грузовой ВЛ60	60	108	54
	пассажирский ЧС7	120	102
кривая R=300м	грузовой ВЛ60	60	85	36
	пассажирский ЧС7	75	98.5

ЧС7

– в прямой,

– в кривой.

– в прямой,

– в кривой.

ВЛ10

– в прямой,

– в кривой.

– в прямой,

– в кривой.

Далее определим величину интервала закрепления Δt_з, в пределах которого следует укладывать и закреплять плети на постоянный режим эксплуатации:

.

ЧС7

Для прямой: = 51 – 3 = 48⁰ С;

Для кривой = 51 – 21 =30⁰ С.

ВЛ10

Для прямой: = 57 – 3 = 54⁰ С;

Для кривой =34 – 21 = 13⁰ С.

Мост:

В соответствии с рекомендацией ВНИИЖТа принимается:

– на мостах

-на земле

-во всех случаях

А так как

, значит

Прямая:

ЧС7

ВЛ60

На кривой:

ЧС7

ВЛ60