632
.pdfшпалах с эпюрой 1840 шт./км — в прямых и кривых радиусом более 1200 м, 2000 шт./км — в кривых радиусом 1200 м и менее и щебеночном балласте; модуль упругости подрельсового основания в прямой летом Uпл = 100 МПа, в кривой летом — Uкл = = 110 МПа, в прямой зимой — Uпз = 130 МПа, в кривой зимой — Uкз = 143 МПа). Исходные данные для расчета на ПЭВМ приведены в табл. 1.1, результаты расчета представлены в табл. 1.2, 1.3 и на рис. 1.6–1.10.
Таблица 1.1
Исходные данные для расчета пути на прочность на ПЭВМ
|
Характеристика |
Обозна- |
Ед. |
Значение |
||
|
чение |
изм. |
ВЛ80 |
Вагон |
||
|
|
|
||||
1. |
Статическая нагрузка на ось |
Рст |
Н |
120000 |
125000 |
|
2. |
Отнесенный к колесу вес неподрессо- |
qк |
|
|
|
|
ренной части экипажа |
|
Н |
27600 |
9950 |
||
3. |
Жесткость рессорного подвешивания |
Жр |
Н/м |
1,16·106 |
2·106 |
|
4. |
Статический прогиб рессорного |
|
|
|
|
|
подвешивания |
|
?ст |
м |
0,128 |
0,055 |
|
5. |
Диаметр колеса |
|
d |
м |
1,25 |
0,95 |
6. |
Расстояние между центрами осей |
l1 |
|
3,0 |
1,85 |
|
колесных пар экипажа |
|
l2 |
м |
4,5 |
6,75 |
|
7. |
Скорость движения экипажа |
V1 |
|
5,56 |
5,56 |
|
|
|
|
V2 |
|
13,89 |
11,11 |
|
|
|
V3 |
м/с |
22,22 |
16,67 |
|
|
|
V4 |
30,56 |
22,22 |
|
8. |
Глубина изолированной неровности |
e |
м |
0,00047 |
0,00067 |
|
9. |
Коэффициент, учитывающий гори- |
?пр |
– |
1,08 |
1,18 |
|
зонтальные силы |
|
?кр |
– |
1,38 |
1,33 |
|
10. Модуль упругости |
лето прямая |
Uлп |
|
100 |
100 |
|
подрельсового основа- |
лето кривая |
Uлк |
|
110 |
110 |
|
ния |
зима прямая |
Uзп |
МПа |
130 |
130 |
|
|
|
зима кривая |
Uзк |
143 |
143 |
|
11. Расстояние между |
прямая |
lш |
|
0,55 |
0,55 |
|
осями шпал |
кривая |
lш |
м |
0,50 |
0,50 |
|
12. Момент инерции рельса |
Iz |
м4 |
3208·10–8 |
3208·10–8 |
||
13. Момент сопротивления рельса |
W |
м3 |
417·10–6 |
417·10–6 |
||
14. Коэффициенты, |
типа рельса |
|
– |
0,87 |
0,87 |
|
учитывающие влияние |
рода балласта |
|
– |
1 |
1 |
|
|
|
жесткости пути |
|
– |
0,322 |
0,322 |
|
|
изменение колеб- |
|
|
|
|
|
|
лющейся массы |
|
|
|
|
|
|
пути на железо- |
|
|
|
|
|
|
бетонных шпалах |
1 |
– |
0,931 |
0,931 |
|
|
колеблющейся |
|
|
|
|
|
|
массы пути |
0 |
– |
0,403 |
0.403 |
31
Окончание табл. 1.1
|
Характеристика |
|
Обозна- |
|
Ед. |
|
Значение |
||||||
|
|
чение |
|
изм. |
|
ВЛ80 |
|
Вагон |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
15. Площадь подрельсовой прокладки |
|
|
|
м2 |
|
210·10-4 |
210·10-4 |
||||||
16. Площадь полушпалы |
|
|
|
|
|
м2 |
|
2975·10-4 |
2975·10-4 |
||||
17. Толщина балластного слоя |
|
|
H |
|
м |
|
0,60 |
|
0,60 |
||||
18. Ширина нижней постели шпалы |
|
B |
|
м |
|
0,27 |
|
0,27 |
|||||
19. Поправочный коэффициент |
|
|
r1 |
|
– |
|
0,7 |
|
0,7 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1.2 |
|
|
Результаты расчета нагрузки |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Скорость |
Расчетная |
Среднее значение |
|
Изгибаю- |
|
Давление |
|
|
|||||
нагрузка от |
|
|
Максималь- |
||||||||||
движения, |
колеса на |
вертикальной на- |
|
щий мо- |
|
рельса на |
ный прогиб |
||||||
грузки колеса на |
|
мент, М, |
|
шпалу, Q0, |
|||||||||
v, м/с |
рельс, Pрасч, |
|
|
рельса, y, м |
|||||||||
|
Н |
рельс, Рср, Н |
|
Н·м |
|
|
|
Н |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Электровоз ВЛ80 |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
Прямая, лето |
|
|
|
|
|
|
||||
5,56 |
138682 |
|
129097 |
|
|
25100 |
|
51972 |
0,00094 |
||||
13,89 |
152378 |
|
132344 |
|
|
27570 |
|
57175 |
0,00104 |
||||
22,22 |
167514 |
|
135592 |
|
|
30299 |
|
62928 |
0,00114 |
||||
30,56 |
183531 |
|
138843 |
|
|
33187 |
|
69017 |
0,00125 |
||||
|
|
|
Кривая, лето |
|
|
|
|
|
|
||||
5,56 |
138615 |
|
129097 |
|
|
24530 |
|
48481 |
0,00088 |
||||
13,89 |
151478 |
|
132344 |
|
|
26796 |
|
53032 |
0,00096 |
||||
22,22 |
165868 |
|
135592 |
|
|
29330 |
|
58126 |
0,00106 |
||||
30,56 |
181153 |
|
138843 |
|
|
32023 |
|
63538 |
0,00116 |
||||
|
|
|
Прямая, зима |
|
|
|
|
|
|
||||
5,56 |
140001 |
|
129097 |
|
|
23796 |
|
56388 |
0,00079 |
||||
13,89 |
154582 |
|
132344 |
|
|
26260 |
|
62314 |
0,00087 |
||||
22,22 |
170875 |
|
135592 |
|
|
29013 |
|
68938 |
0,00096 |
||||
30,56 |
188169 |
|
138843 |
|
|
31935 |
|
75969 |
0,00106 |
||||
|
|
|
Кривая, зима |
|
|
|
|
|
|
||||
5,56 |
139988 |
|
129097 |
|
|
23244 |
|
52599 |
0,00074 |
||||
13,89 |
153626 |
|
132344 |
|
|
25495 |
|
57761 |
0,00081 |
||||
22,22 |
169081 |
|
135592 |
|
|
28046 |
|
63612 |
0,00089 |
||||
30,56 |
185560 |
|
138843 |
|
|
30765 |
|
69852 |
0,00098 |
||||
|
|
Четырехосный грузовой вагон |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
Прямая, лето |
|
|
|
|
|
|
||||
5,56 |
150049 |
|
139909 |
|
|
24354 |
|
56055 |
0,00102 |
||||
11,11 |
160214 |
|
146178 |
|
|
26066 |
|
59881 |
0,00109 |
||||
16,67 |
171616 |
|
152459 |
|
|
27999 |
|
64178 |
0,00117 |
||||
22,22 |
183810 |
|
158728 |
|
|
30076 |
|
68778 |
0,00125 |
32
Окончание табл. 1.2
Скорость |
Расчетная |
Среднее значение |
Изгибаю- |
Давление |
|
|
нагрузка от |
Максималь- |
|||||
движения, |
колеса на |
вертикальной на- |
щий мо- |
рельса на |
ный прогиб |
|
грузки колеса на |
мент, М, |
шпалу, Q0, |
||||
v, м/с |
рельс, Pрасч, |
рельса, y, м |
||||
|
Н |
рельс, Рср, Н |
Н·м |
Н |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Кривая, лето |
|
|
||
5,56 |
150400 |
139909 |
24037 |
52076 |
0,00095 |
|
11,11 |
160163 |
146178 |
25645 |
55484 |
0,00101 |
|
16,67 |
171150 |
152459 |
27469 |
59327 |
0,00108 |
|
22,22 |
182942 |
158728 |
29435 |
63456 |
0,00115 |
|
|
|
Прямая, зима |
|
|
||
5,56 |
151684 |
139909 |
23594 |
59866 |
0,00084 |
|
11,11 |
161984 |
146178 |
25242 |
63976 |
0,00089 |
|
16,67 |
173720 |
152459 |
27132 |
68671 |
0,00096 |
|
22,22 |
186389 |
158728 |
29180 |
73747 |
0,00103 |
|
|
|
Кривая, зима |
|
|
||
5,56 |
152159 |
139909 |
23294 |
55759 |
0,00078 |
|
11,11 |
162011 |
146178 |
24837 |
59408 |
0,00083 |
|
16,67 |
173271 |
152459 |
26613 |
63592 |
0,00089 |
|
22,22 |
185480 |
158728 |
28544 |
68136 |
0,00095 |
Таблица 1.3
Результаты расчета напряжений
Скорость движения, v, м/с
Напряжения, МПа
в подошве |
в кромке по- |
в подрель- |
|
на основной |
в балласт- |
площадке зем- |
|||
рельса по |
дошвы рель- |
совой про- |
ном слое, б |
ляного полот- |
оси, по |
са, пк |
кладке, ш |
|
на, h |
Электровоз ВЛ80
Прямая, лето
5,56 |
60,2 |
65,0 |
|
2,47 |
0,175 |
0,0480 |
13,89 |
66,1 |
71,4 |
|
2,72 |
0,192 |
0,0528 |
22,22 |
72,7 |
78,5 |
|
3,00 |
0,212 |
0,0581 |
30,56 |
79,6 |
86,0 |
|
3,29 |
0,232 |
0,0637 |
|
|
|
Кривая, лето |
|
|
|
5,56 |
58,8 |
81,2 |
|
2,31 |
0,163 |
0,0478 |
13,89 |
64,3 |
88,7 |
|
2,53 |
0,178 |
0,0523 |
22,22 |
70,3 |
97,1 |
|
2,77 |
0,195 |
0,0574 |
30,56 |
76,8 |
106,0 |
|
3,03 |
0,214 |
0,0627 |
|
|
Прямая, зима |
|
|
||
5,56 |
57,1 |
61,6 |
|
2,69 |
0,190 |
0,0512 |
13,89 |
63,0 |
68,0 |
|
2,97 |
0,209 |
0,0566 |
22,22 |
69,6 |
75,1 |
|
3,28 |
0,232 |
0,0626 |
30,56 |
76,6 |
82,7 |
|
3,62 |
0,255 |
0,0690 |
33
Окончание табл. 1.2
Скорость движения, v, м/с
Напряжения, МПа
в подошве |
в кромке по- |
в подрель- |
|
на основной |
в балласт- |
площадке зем- |
|||
рельса по |
дошвы рель- |
совой про- |
ном слое, б |
ляного полот- |
оси, по |
са, пк |
кладке, ш |
|
на, h |
Кривая, зима
5,56 |
55,7 |
76,9 |
|
2,50 |
|
0,177 |
0,0511 |
13,89 |
61,1 |
84,4 |
|
2,75 |
|
0,194 |
0,0561 |
22,22 |
67,3 |
92,8 |
|
3,03 |
|
0,214 |
0,0618 |
30,56 |
73,8 |
101,8 |
|
3,33 |
|
0,235 |
0,0679 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Четырехосный грузовой вагон |
|
|
|||
|
|
|
Прямая, лето |
|
|
||
5,56 |
58,4 |
68,9 |
|
2,67 |
|
0,188 |
0,0531 |
11,11 |
62,5 |
73,8 |
|
2,85 |
|
0,201 |
0,0567 |
16,67 |
67,1 |
79,2 |
|
3,06 |
|
0,216 |
0,0607 |
22,22 |
72,1 |
85,1 |
|
3,28 |
|
0,231 |
0,0650 |
|
|
|
Кривая, лето |
|
|
||
5,56 |
57,6 |
76,7 |
|
2,48 |
|
0,175 |
0,0526 |
11,11 |
61,5 |
81,8 |
|
2,64 |
|
0,187 |
0,0560 |
16,67 |
65,9 |
87,6 |
|
2,83 |
|
0,199 |
0,0598 |
22,22 |
70,6 |
93,9 |
|
3,02 |
|
0,213 |
0,0640 |
|
|
Прямая, зима |
|
|
|||
5,56 |
56,6 |
66,8 |
|
2,85 |
|
0,201 |
0,0557 |
11,11 |
60,5 |
71,4 |
|
3,05 |
|
0,215 |
0,0595 |
16,67 |
65,1 |
76,8 |
|
3,27 |
|
0,231 |
0,0638 |
22,22 |
70,0 |
82,6 |
|
3,51 |
|
0,248 |
0,0684 |
|
|
Кривая, зима |
|
|
|||
5,56 |
55,9 |
74,3 |
|
2,66 |
|
0,187 |
0,0552 |
11,11 |
59,6 |
79,2 |
|
2,83 |
|
0,200 |
0,0588 |
16,67 |
63,8 |
84,9 |
|
3,03 |
|
0,214 |
0,0629 |
22,22 |
68,5 |
91,0 |
|
3,24 |
|
0,229 |
0,0674 |
34
а)
|
80 |
|
|
|
|
|
МПа |
75 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
Напряжения, |
70 |
|
|
|
|
|
65 |
|
|
|
4 |
|
|
2 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
||
60 |
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
55 |
|
|
|
|
|
|
5,56 |
10,56 |
15,56 |
20,56 |
25,56 |
30,56 |
|
|
|
Скорость движения, м/с |
|
|
б)
|
74 |
|
|
|
|
,МПа |
69 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
Напряжения |
64 |
|
|
|
|
|
2 |
|
4 |
|
|
59 |
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
54 |
|
|
|
|
|
5,56 |
9,725 |
13,89 |
18,055 |
22,22 |
|
|
|
Скорость движения, м/с |
|
|
Рис. 1.6. Зависимость осевых напряжений в подошве рельса от скорости движения:
а — электровоза ВЛ80 ([ к] = 240 МПа); б — четырехосного грузового вагона ([ к] = 240 МПа); 1 — прямая летом; 2 — кривая летом; 3 — прямая зимой; 4 — кривая зимой
35
а)
|
110 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
,МПа |
100 |
|
|
|
|
|
90 |
2 |
|
|
|
|
|
Напряжения |
|
|
|
|
|
|
80 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
||
70 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
60 |
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5,56 |
10,56 |
15,56 |
20,56 |
25,56 |
30,56 |
|
|
|
Скорость движения, м/с |
|
|
б)
|
96 |
|
|
|
|
,МПа |
88 |
|
4 |
|
|
|
|
|
|
||
|
2 |
|
|
|
|
Напряжения |
80 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
72 |
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
64 |
|
|
|
|
|
5,56 |
9,725 |
13,89 |
18,055 |
22,22 |
|
|
|
Скорость движения, м/с |
|
|
Рис. 1.7. Зависимость кромочных напряжений в подошве рельса от скорости движения:
а — электровоза ВЛ80 ([ к] = 240 МПа); б — четырехосного грузового вагона ([ к] = 240 МПа); 1 — прямая летом; 2 — кривая летом; 3 — прямая зимой; 4 — кривая зимой
36
а)
|
3,8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
МПа |
3,4 |
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
||
, |
|
|
|
|
|
|
Напряжения |
3 |
|
|
|
|
|
2,6 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
4 |
|
|
|
|
2,2 |
|
|
|
|
|
|
5,56 |
10,56 |
15,56 |
20,56 |
25,56 |
30,56 |
|
|
|
Скорость движения, м/с |
|
|
б)
|
3,6 |
|
|
|
|
МПа |
|
3 |
1 |
|
|
|
|
|
|
||
3,2 |
|
|
|
|
|
Напряжения, |
2,8 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2,4 |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5,56 |
9,725 |
13,89 |
18,055 |
22,22 |
|
|
|
Скорость движения, м/с |
|
|
Рис. 1.8. Зависимость напряжений в подрельсовой прокладке от скорости движения:
а — электровоза ВЛ80 ([ ш] = 7,5 МПа); б — четырехосного грузового вагона ([ ш] = 6,7 МПа); 1 — прямая летом; 2 — кривая летом; 3 — прямая зимой; 4 — кривая зимой
37
а)
|
0,26 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
МПа |
0,24 |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Напряжения, |
0,22 |
|
|
|
|
|
0,2 |
|
|
|
|
|
|
0,18 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,16 |
|
|
|
|
|
|
5,56 |
10,56 |
15,56 |
20,56 |
25,56 |
30,56 |
|
|
|
Скорость движения, м/с |
|
|
б)
|
0,25 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
,МПа |
0,23 |
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
Напряжения |
|
|
|
|
|
0,21 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
0,19 |
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,17 |
|
|
|
|
|
5,56 |
9,725 |
13,89 |
18,055 |
22,22 |
|
|
|
Скорость движения, м/с |
|
|
Рис. 1.9. Зависимость напряжений в балласте от скорости движения: а — электровоза ВЛ80 ([ б] = 0,4 МПа); б — четырехосного грузового вагона ([ б] = 0,26 МПа); 1 — прямая летом; 2 — кривая летом; 3 — прямая зимой; 4 — кривая зимой
38
а) |
0,07 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,066 |
|
|
3 |
|
|
МПа |
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
0,062 |
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
1 |
Напряжения |
0,058 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
0,054 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
0,05 |
|
|
|
|
|
|
0,046 |
|
|
|
|
|
|
5,56 |
10,56 |
15,56 |
20,56 |
25,56 |
30,56 |
б) |
|
|
Скорость движения, м/с |
|
|
|
|
0,07 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
МПа |
0,065 |
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
, |
|
|
|
|
|
1 |
Напряжения |
0,06 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
0,055 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,05 |
|
|
|
|
|
|
5,56 |
9,725 |
|
13,89 |
18,055 |
22,22 |
|
|
|
Скорость движения, м/с |
|
|
Рис. 1.10. Зависимость напряжений на основной площадке земляного полотна от скорости движения:
а — электровоза ВЛ80 ([ h] = 0,10 МПа); б — четырехосного грузового вагона ([ h] = 0,08 МПа); 1 — прямая летом; 2 — кривая летом; 3 — прямая зимой; 4 — кривая зимой
Из анализа рис. 1.6–1.10 видно, что напряжения во всех элементах верхнего строения пути и на основной площадке земляного полотна не превышают допускаемые. Следовательно, рассматриваемаяконструкцияпутиудовлетворяетусловиюпрочности, и ее можно использовать в заданных условиях эксплуатации без усиления и без снижения скоростей движения поездов.
39
2. МЕТОДИКА РАСЧЕТА УСЛОВИЙ УКЛАДКИ И СОДЕРЖАНИЯ БЕССТЫКОВОГО ПУТИ
2.1. Общие требования
Бесстыковой путь в мировой практике железных дорог стал наиболее прогрессивной и широко распространенной конструкцией верхнего строенияпути, котораяэксплуатируется вразличных эксплуатационных и климатических условиях и дает существенный технико-экономический эффект благодаря ряду ее преимуществ, среди которых: повышение плавности и комфортабельности движения поездов по сравнению со звеньевым путем, улучшение показателей динамического взаимодействия пути и подвижного состава, увеличение межремонтных сроков этих технических средств, уменьшение расходов на тягу поездов вследствие снижения основного сопротивления их движению, повышение надежности работы тяговых и сигнальных электрических цепей, уменьшение расхода металла для стыковых скреплений, улучшение экологической ситуации за счет снижения шума от проходящих поездов и применения железобетонных шпал при сокращении потребления ценной деловой древесины и пропитки деревянных шпал вредными для здоровья антисептиками.
Эффективностьи расширениесфер применения бесстыкового пути увеличиваются в результате освоения перекладки рельсовых плетей на участках их эксплуатации и повторного использования старогодных плетей на менее деятельных путях.
На железных дорогах Российской Федерации эксплуатируется температурно-напряженная конструкция бесстыкового пути. Основное отличие работы бесстыкового пути от обычного звеньевогосостоитвтом,чтоврельсовыхплетяхдействуютзначительные продольные усилия, вызываемые изменениями температуры. При повышении температуры рельсовых плетей по сравнению с температурой закрепления в них возникают продольные силы сжатия, которые могут создать опасность выброса пути. При понижении температуры — появляются растягивающие силы,которыемогут вызватьизломплетииобразованиебольшого зазора, опасного для прохода поезда, или разрыв рельсового стыкаиз-засрезаболтов.Дополнительноевоздействиенабессты-
40