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

стыкового пути ПО] интервал укладки принимается равным не

менее 10° С.

В том случае, когда известен район укладки бесстыкового пути п известна максимальная амплитуда колеоапия темпера­ туры рельсов для этого района, необходимо определить интер­

ная температура рельсов, наблюдаемая в данном районе. Све­ дения о максимальной и минимальной температуре рельсов даны в «Технических условиях на укладку и содержание бес­ стыкового пути» [10].

Если по расчету оказалось A t9 > 10°С — укладка напря­ женного бесстыкового пути возможна. В том случае, когда Л ty

эксплуатировать бесстыковой путь без максимальных темпе­ ратурных напряжений,

20

Формула (22) для определения Т справедлива только в том случае, когда при закреплении рельсовых плетей напряжения г. них близки к нулю. Это достигается применением роликов, укладываемых между подкладками и рельсами перед их за­ креплением на постоянный режим эксплуатации.

Если ролики не применяются и в рельсовых плетях перед их закреплением имеются напряжения ± о 0, допускаемая амп­

«Техническими условиями» рекомендуется применять бессты­ ковой путь с сезонными разрядками напряжений. Разрядки производятся весной и осенью при определенной температуре. При сезонных разрядках применение роликов практически исключено, так как это потребовало бы больших перерывов в движении поездов и значительных дополнительных затрат труда, при которых укладка бесстыкового пути уже не целе­ сообразна. Таким образом, при сезонных разрядках в рельсо­ вых плетях имеют место остаточные напряжения ± о0, величи­ на которых может быть определена по формуле

21

ставляет 0,6—0,7 кГ/см. В случае резиновых прокладок погон­ ное сопротивление будет больше.

В результате остаточных напряжении при сезонных раз­ рядках допускаемые перепады температуры должны быть по­ нижены па величину

Суммарный интервал весенней и осенней разрядок делить поровну нерационально. Весной суточные и недельные перепа­

22

ды температуры значительно больше, чем осенью. Это застав­ ляет иметь большой интервал весенней разрядки. Во всех слу­ чаях интервал осенней разрядки должен быть не менее 15° С, а весенней не менее 20° С. Увеличенные интервалы по сравне­ нию с интервалом укладки напряженного бесстыкового пути без сезонных разрядок объясняются тем, что при сезонной разрядке в расчетном интервале нужно произвести работы на всех рельсовых плетях, причем за период весенней разрядки температура не должна подниматься выше tBB3ec, за период

осенней разрядки не должна опускаться ниже ^разС1М 4^р—Л^сЬ Если Д/с , то при осенней разрядке температура не долж­ на понижаться ниже tBa3a!, а при весенней разрядке не долж­ на повышаться более чем ^раз°с + Л tc - Д tp .

При укладке бесстыкового пути без сезонных разрядок температура должна находиться в пределах интервала уклад­ ки Д ty только в период закрепления плети, изменяясь в ту и другую сторону до и после закрепления в широких пределах.

Границы интервалов весенней и осенней разрядок опреде­ ляются формулами:

A tp— допускаемый интервал понижения температуры без учета остаточных напряжений, определя­ емый по формуле (19);

А /0 — сокращение допускаемых интервалов из-за ос­ таточных напряжений при разрядке, определя­ емое по формуле (32);

Ala0"1— нижняя граница осеннего интервала разрядки;

Л ^ра" — интервал осенней разрядки; ^раТс — верхняя граница весеннего интервала разрядки;

Atc— допускаемый интервал повышения температуры без учета остаточных напряжений, определя­ емый по формуле (21);

ЛЛ-Ц— Интервал весенней разрядки; Л‘азес'— нижняя граница весеннего интервала разрядки.

23

Содержание бесстыкового пути с сезонными разрядками весьма затруднено ,из-за' большого (до 40 рабочих человеко­ дней в год на 1 км пути) расхода рабочей силы на разрядку напряжений.

в. ПРОДОЛЬНЫЕ ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ РЕЛЬСОВ. СТЫКОВАНИЕ РЕЛЬСОВЫХ ПЛЕТЕЙ

А. Значение температурных деформаций

вработе бесстыкового пути

Втемпературно-напряженном бесстыковом пути только средняя часть плетей является относительно недеформируемой. Концевые участки плетей испытывают температурные деформации. От величины и характера этих деформаций во многом зависит работа бесстыкового пути в целом. Величиной температурных деформаций определяется конструкция соеди­ нения рельсовых плетей друг с другом, в частности количество

уравнительных рельсов.

Знать величину температурных деформаций рельсовых плетей необходимо также для назначения рациональной вели­ чины стыковых зазоров в уравнительных пролетах при уклад­ ке и закреплении рельсовых плетей.

Опыт эксплуатации бесстыкового пути показал, что конце­ вые участки рельсовых плетей, где имеют место продольные температурные деформации, являются наиболее неблагопо­ лучными. Расход рабочей силы на содержание 100-метровых концевых участков в 2,5—3 раза больше, чем на содержание средней части плети такого же протяжения. Износ промежу­ точного скрепления на концевых участках идет в 5—6 раз ин­ тенсивнее износа д средней части плети [12]. Все это объясня­ ется наличием болтовых стыков в конце плети и температур­ ными перемещениями рельсов относительно шпал или рельсов и шпал относительно балласта.

Кроме того, в результате температурных перемещений при повторных изменениях температуры на концевых участках мо­ гут возникать напряжения, превышающие расчетные в сред­ ней части плети. Знать о наличии этих напряжений весьма важно, так как они могут служить причиной потери устойчи­ вости пути.

На концевых участках в результате температурных дефор­ маций усложняется предотвращение угона пути, в то же время на бесстыковом пути даже незначительные деформации угона

24

вызывают существенные дополнительные напряжения в рель­ совых плетях. Так, остаточные деформации угона величиной всего 0,5 см способны вызывать дополнительные напряжения порядка 500—1000 кГ/см2 в зависимости от протяженности не­ равномерно смещенного участка.

Наконец, немаловажное значение имеет величина зазора в случае излома рельсовой плети. Эта величина прямо пропор­ циональна квадрату разности между температурой закрепле­ ния плети и температурой, при которой произошел излом. С увеличением мощности рельса при равных прочих условиях величина зазора увеличивается. Не исключена возможность, что при мощных рельсах и относительно небольших напряже­ ниях от подвижной нагрузки лимитирующим окажется не прочность рельса, а величина зазора при случайном изломе.

Таким образом, температурные деформации играют весь­ ма существенную роль в работе 'бесстыкового пути. К сожале­ нию, в отечественной технической литературе и в «Технических условиях на укладку и содержание бесстыкового пути»'вопрос о температурных деформациях рельсовых плетей бесстыкового пути освещен совершенно недостаточно. По этой причине дан­ ный раздел пособия изложен более подробно.

Б. Общие сведения о температурных деформациях

Рассмотрим зависимость между приращением температу­ ры, температурными деформациями и температурными напря­ жениями рельсовых плетей. При этом следует иметь в виду, что термин «температурные напряжения» являются довольно условным. Дело в том, что равномерное изменение температу­ ры вызывает только изменение объема рельса. Существенным является изменение его длины. Температурных напряжений при этом не возникает*. Напряжения возникают только при наличии сопротивлений, препятствующих изменению длины рельсовой плети.

Известно, что повышение температуры вызывает удлине­ ние рельсов. Если имеются сопротивления, препятствующие удлинению, возникают сжимающие — отрицательные напря­ жения. При понижении температуры рельсы сокращают свою длину. Наличие сопротивлений при этом создаст растягива­ ющие — положительные напряжения.

* Некоторое изменение напряжений, имеющихся в рельсе после его за­ калки, остывания и холодной правки, происходит и при отсутствии внеш­ них сопротивлений.

25

Сопротивления примем величинами постоянными, не за­ висящими от перемещений, и неупругими. Прежде чем при­ ступить к анализу продольных деформаций рельсовых плетей и напряжений в них ;в условиях эксплуатации железнодорож­ ного пути, когда сочетаются различные виды сопротивлений, рассмотрим эти явления по отдельным элементам.

а) Сопротивления отсутствуют. При отсутствии сопротив­ лений рельс изменяет свою длину в соответствии с формулой

температуры. Температурные напряжения при отсутствии со­ противлений будут равны нулю.

б) На концах рельса имеются жесткие упоры, как показа­ но на рис. 9. Перемещения рельса к= 0. Продольная темпера­ турная сила, возникающая в рельсе при изменении температу­ ры, определяется формулой

26

Напряжения равномерны по всей длине рельса. Эпюра напря­ жений показана на рис. 9. График изменения напряжений по­ казан на рис. 10.

в) На концах рельса имеются сопротивления ограничен­ ной величины R (рис. 11). При наличии такого сопротивления рельс работает как жестко заделанный стержень до тех пор, пока температурная сила не будет равна силе сопротивления:

N t = a EF At = R.

Рис. 10 Рис. 11

Для этого температура рельса должна измениться (повыситься или понизиться) на величину

R

(39)

аЕР '

Вэтот период перемещения рельса равны нулю. Напряжения равномерны по всей длине рельса. При дальнейшем измене­ нии температуры рельс будет изменять свою длину как сво­ бодный стержень.■Изменение длины рельса будет определять­ ся формулой

Графики измерения длины рельса и напряжений показаны на рис. 12 линиями 1—2, 2—3. При изменении температуры от точки tz в обратном направлении графики изменения длины и напряжений будут выражаться линиями 3—4, 4—5 и 5—6. Из­ менение температуры в обратном направлении на величину

27

а)

Л/д> снизит напряжения в рельсе до нуля (точка 4 на рис. 12, б). Рельс начнет изменять свою длину в обратном направлении только тогда, когда в нем возникает температурная сила, рав­ ная сопротивлению R и направленная в сторону, противопо­ ложную начальному направлению. Для этого температура

28

рельса должна измениться в обратном направлении на вели­ чину 2 A Д . Изменение длины рельса при обратном изменении температуры будет выражаться формулой

Формула справедлива при A t > ■— . a EF

Если деформации рельса не ограничены величиной сты­ кового зазора, то при данном виде сопротивления максималь­ ные температурные напряжения равны

туры показаны на рис. 11. Стрелки на рис. 12 показывают на­ правление изменений рассматриваемых функций. Например, если приращение температуры не вышло за пределы ЛД, то изменение длины рельса будет равно нулю как при повыше­ нии, так и при понижении температуры. Линия 1—2 на рис. 12 справедлива как при повышении, так и при понижении темпе­ ратуры. Если приращение температуры превысило л//?, проис­ ходит изменение длины рельса по линии 2—3 рис. 12, а. На­ пряжения в рельсе остаются постоянными в соответствии с ли­ нией 2—3 рис. 12,6. Но теперь при изменении температуры в обратном направлении рельс не будет изменять свою длину по линии 3—2.

Изменение длины рельса в обратном направлении будет происходить только после изменения температуры в обратном

что при наличии преодолеваемого сопротивления длина рель­ са и напряжения в нем могут быть весьма различными при од­

29