книги из ГПНТБ / Боченков, М. С. Расчет бесстыкового пути (учебное пособие)

Таким образом, имеется целый ряд различных сопротивле­ ний, препятствующих температурным деформациям рельсовых плетей бесстыкового пути. Без этих сопротивлений бесстыко­ вой путь не мог бы работать. Сопротивление существенно за­ висит от времени года, конструкции пути и в некоторой степе­ ни от величины деформаций. Кроме того, некоторые сопротив­ ления являются частично упругими.

Определение расчетных сопротивлений представляет собой довольно сложную задачу. Обычно в каждом конкретном слу­ чае сопротивления определяются экспериментально. Для вы­ полнения курсового проекта расчетные сопротивления темпе­ ратурным деформациям рельсовых плетей приведены. Если сопротивление для какой-либо конструкции не указано в дан­ ном пособии, его следует определить по вышеприведенным формулам, принимая расчетные характеристики по аналогии с рассмотренными конструкциями, или воспользоваться тех­ нической литературой.

3.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДОПУСКАЕМЫХ ТЕМПЕРАТУРНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ

ВРЕЛЬСОВЫХ ПЛЕТЯХ

Врельсовых плетях бесстыкового пути могут быть сжима­ ющие и растягивающие температурные напряжения.

Максимальные растягивающие напряжения ограничивают­ ся в основном прочностью рельсов. При очень мощных рель­ сах не исключено ограничение растягивающих напряжений по величине продольных температурных деформаций, в частно­ сти, по величине зазора в случае излома рельсовой плети.

Максимальные сжимающие напряжения ограничиваются прочностью рельсов и устойчивостью пути выбросу.

Расчет ведется методом допускаемых напряжении по фор­ мулам:

пряжения сжатия;

10

ственно в подошве и головке рельсов от воздей­ ствия поездной нагрузки;

Л'кр— критическая сила по устойчивости пути выбросу; F — площадь поперечного сечения рельсов, см2;

/<3 и К3 — коэффициенты запаса соответственно по прочно­

сти рельсов и по устойчивости пути выбросу.

При таких напряжениях в испытываемых образцах имеют ме­ сто остаточные деформации в пределах 0,2% от первоначаль­ ных.

Кромочные динамические напряжения в подошве и голов­ ке рельсов определяются расчетом пути на прочность [7, 8, 9J, который в настоящем пособии не излагается. Необходимо лишь заметить, что для расчета бесстыкового пути кромочные напряжения в подошве рельсов от воздействия подвижного со­ става должны быть определены в зимних условиях при повы­ шенном модуле упругости пути в результате смерзания балла­ ста, а кромочные напряжения в головке рельсов определяются е летних условиях. Это объясняется тем, что температурные напряжения максимальные растягивающие имеют место зи­ мой, а максимальные сжимающие — летом. От воздействия же поездной нагрузки, как известно, растягивающие напряжения наибольшей величины имеются в подошве, а сжимающие — в головке рельсов.

Коэффициент запаса по прочности -рельсов К3 в техниче­

ских условиях [10J принят равным 1,3.

Определение продольной сжимающей силы N Kp , при кото­ рой возможен выброс пути, изложено в следующем разделе. Коэффициент запаса по устойчивости пути К3 принимается

различным в зависимости от способа определения N Kp. Принятый и изложенный в настоящем пособии способ оп­

ределения наибольших температурных напряжений по прочно­ сти рельсов необходим, но его нельзя считать достаточным. Хорошо известно, что современные рельсы выходят из строя в

Ц

!iиft существенно различна. Температурные напряжения в рельсовых плетях бесстыкового пути изменяются чрезвычайно медленно по сравнению с изменением динамических напряже­ ний от подвижного состава. Период изменения динамических напряжений в момент прохода поезда составляет доли секун­ ды, период изменения температурных напряжений в ограни­ ченных пределах— сутки, в пределах, близких к расчетным,— год, а максимальные расчетные напряжения могут не насту­ пить за весь сро-к служ'бы рельсов.

Роль температурных напряжений в развитии усталостных дефектов в рельсах в настоящее время изучена недостаточно. Работа в этом направлении ведется.

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КРИТИЧЕСКОЙ СИЛЫ ПО УСТОЙЧИВОСТИ ПУТИ ВЫБРОСУ

участках чаще всего имеет место двухволновой или даже трехволнозой выброс с неравномерными стрелами изгиба. Стрела изгиба и длина волны зависят от жесткости рельсо-шпальной рамы, величины и характера сопротивлений, величины крити­ ческой силы, при которой произошел выброс. Обычно стрела прогиба составляет 20—40 см при длине волны 10—30 м.

Выброс в вертикальной плоскости происходит преимущест­ венно при легких типах рельсов и в настоящее время встреча­ ется редко, за исключением станционных путей, где имеется повышенное сопротивление поперечному смещению шпал в балласте. При железобетонных шпалах на перегоне верти­ кальный выброс маловероятен.

Наблюдения показывают, что выбросу пути предшествует постепенно развивающиеся искривления в пределах несколь­ ких миллиметров. Эти искривления при понижении температу­ ры могут исчезать, но могут и оставаться, постоянно увели­ чиваясь при последующих повышениях температуры. Появле­ ние искривлений, предшествующих выбросу пути, совершенно не допустимо. Наличие таких искривлений требует дополии-

12

Рис. 3

тельного расхода рабочей .силы по исправлению рихтовки пу­ ти, а если не устранить их своевременно может наступить вы­ брос пути при температуре ниже расчетной. Следовательно, чрезвычайно важно правильно определить критическую силу и установить соответствующий коэффициент запаса с тем, что­ бы при эксплуатации не только не произошло выброса пути, но и не возникли искривления, предшествующие выбросу.

Сам процесс выброса протекает довольно быстро и занима­ ет доли или единицы секунд. При этом развиваются приличные скорости и отдельные щебенки но инерции отлетают на 1—2 м.

Критическую силу, при которой происходит выброс пути, можно определить экспериментально или вычислить расчетом.

Для экспериментального определения критической силы в лаборатории бесстыкового пути Всесоюзного научно-исследо­ вательского института железнодорожного транспорта имеется специальный стенд. Он представляет собой участок пути дли­ ной 100 м, с обеих сторон которого сооружены бетонные упо­ ры, не позволяющие рельсам удлиняться при нагреве. Нагрев рельсов осуществляется электрическим током.

13

Исследования ведутся под руководством канд. техн. наук Е. М. Бромберга. Результаты этих исследований приведены на графиках рис. 4. На этих графиках показана зависимость кри­

нимается по приведенным графикам.

14

Как уже было сказано, критическую силу можно опреде­ лить теоретически. Вопросами устойчивости пути занимались многие специалисты как в Советском Союзе, так и зарубежом. Существует большое количество различных способов опреде­ ления Л>кр. У нас широкое распространение получили два спо­ соба. Первый из них разработан в сороковых годах проф. К. Н. Мищенко, второй — проф. С. П. Першиным в шестиде­ сятых годах.

В работе проф. С. П. Першина рельсо-шпальная решетка рассматривается как рама с узлами жесткости в местах при­ крепления рельсов к шпалам. Сопротивление балласта и жест­ кость узлов принимались нелинейно зависящими от деформа­ ций. Учтено влияние начальных неровностей. Решая задачу устойчивости пути энергетическим методом, проф. С. П. Пер­ шин предложил следующую формулу для определения крити­ ческой силы:

15

Определение jVkp по формуле нроф. С. П. Першина пред­ ставляет собой весьма простую задачу, необходимо лишь пра­ вильно выбрать расчетные коэффициенты. Однако расчет мо­ жно произвести для тех конструкций, для которых приведены эти коэффициенты. Не представляется возможности просле­ дить за влиянием на величину критической силы таких, на­ пример, важных расчетных характеристик, как момент инер­ ции рельса, жесткость в узлах прикрепления и др.

м уле)^)!).

Проф. К. Н. Мищенко при исследовании устойчивости пути рассматривал рельсо-шпальную решетку как стержень с по­ стоянной условной жесткостью. Сопротивление балласта при­ нималось величиной постоянной, не зависящей от деформации. Задача по отысканию критической силы решалась энергетиче­ ским методом. Им разработаны теоретически строгие и при­ ближенные формулы. Ниже приводятся приближенные форму­ лы, рекомендованные проф. К. Н. Мищенко для определения критической силы, длины и стрелы кривой выброса. Буквенные обозначения некоторых величин в этих формулах изменены в соответствии с наиболее часто встречающимися в литературе и принятыми в настоящем пособии.

16

qкр — расчетное погонное сопротивление поперечному смеще­ нию рельсо-шпальной рамы на кривом участке пути; <7пр — то же, на прямом участке пути с одинаковой характе­ ристикой, в частности с одинаковой эпюрой шпал, оп­

ределяемое по формуле (6); JV.p — критическая сила, кГ;

R — радиус кривой, см.

Определяя величину А7кр по вышеприведенным формулам, приходится прибегать к методу последовательных приближе­

ходится проводить до тех пор, пока принимаемое и получаемое в результате расчета N Kp не будут приблизительно одинако­ выми. Расхождение считается допустимым в пределах 2%.

Для расчета устойчивости в кривом участке пути целесо­ образно формулу (14) преобразовать следующим образом:

Так как формула пригодна для расчета только в горизон­ тальной плоскости, на кривой гц заменим его 'значением и по­ лучим окончательно

В этом случае сопоставляется qnp, полученное расчетом, с фактической его величиной. Допустимым считается расхож­ дение в 1,4%.

18

Если критическая сила определена по методике проф. К. М. Мищенко, то при определении допускаемых напряжений по формуле (12) рекомендуется принимать коэффициент за­ паса /(з =1,3. Однако сам автор [11] рекомендовал с некото­

рым запасом принимать расчетные сопротивления q и р, а кри­ тическую силу, полученную расчетом,— за допускаемую без коэффициентов запаса.

5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДОПУСКАЕМОЙ АМПЛИТУДЫ КОЛЕБАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ РЕЛЬСОВ

Расчетной амплитудой колебания температуры рельсов для какого-либо района называется разность между экстремаль­ ными ее значениями, наблюдаемыми в данном районе.

Как уже указывалось, в рельсовых плетях можно допус­ кать растягивающие и сжимающие напряжения. Следователь­ но, можно допускать понижение и повышение температуры до определенных пределов.

Понижение температуры рельсов но сравнению с темпера­ турой укладки определяется формулой

Кдальнейшему расчету принимается наименьшее из двух

И, определенных по условию прочности рельсов или устойчи­ вости пути выбросу. При рельсах Р65 и тяжелее, как правило, лимитирует устойчивость пути и допускаемый перепад темпе­

ратуры на сжатие Д (с по устойчивости пути меньше, чем по прочности рельсов.

19