6. Определение необходимой ширины рельсовой колеи в кривых участках на подходах к мосту

Мосты, как правило, располагают на прямых участках пути. Для обеспечения этого положения иногда приходится размещать кривые на подходах к мосту с одной стороны рек или с обоих. Рельсовая колея в кривых участках имеет соответствующие особенности конструкции, связанные с разными длинами наружной и внутренней рельсовых нитей.[1,6,8,9]

Поскольку внутренняя рельсовая нить оказывается короче наружной, то приходится с целью обеспечения расположения рельсовых стыков в одном створе («по наугольнику») укладывать по внутренней нити укороченные рельсы.

Все эти особенности устройства рельсовой колеи в кривых зависят в основном от величины радиуса кривых, а также от скорости движения поездов.

Поэтому для кривых участков пути необходимо:

• определить ширину рельсовой колеи и оценить вид вписывания;

• рассчитать величину возвышения наружной рельсовой нити;

• определить длину и вид переходной кривой, а также основные элементы для ее разбивки;

• рассчитать необходимое число укороченных рельсов и установить порядок их укладки по внутренней нити кривой;

• определить параметры уширения междупутных расстояний в кривой.

Ширина рельсовой колеи определяется из условия вписывания тележек подвижного состава (жесткой базы) в кривые соответствующего радиуса [1,2] .

Длиной жесткой базы L называется расстояние между крайними осями тележки или безтележечного экипажа, остающимися при движении взаимно параллельными.

Вписыванием подвижного состава в кривуюназывается установившееся при движении в кривой положение колесных пар жесткой базы относительно рабочих граней рельсовых нитей, обращаемые в результате взаимодействия между рельсовым путем и ходовыми частями экипажа. В зависимости от длины жесткой базы, радиуса кривой и ширины колеи вписывание может быть свободным, принудительным и заклиненным.

При свободном вписываниинаблюдается минимальное силовое взаимодействие ходовых частей подвижного состава и колеи, а следовательно, имеют место наименьшие износы рельсов и колес и затраты энергии на движение. (По этой причине стремятся обеспечить свободное вписывание).

При заклиненном вписыванииколесные пары жесткой базы тележек не имеют никакой поперечной свободы, вследствие чего создаются особо неблагоприятные условия взаимодействия подвижного состава и рельсовой колеи в кривой. В нормальных условиях эксплуатации заклиненное вписывание не допускается.

Промежуточное положение жесткой базы тележки между заклиненным и свободным вписыванием характеризует принудительное вписывание, допускаемое в основном для локомотивов.

Для облегчения вписывания трехосных тележек экипажей в кривые их колесные пары имеют, как правило, поперечные разбеги (смещения) η относительно жесткой рамы (табл. 9).

Таблица 9

Параметры ходовых частей подвижного состава

Тип экипажа	Конструкционная скорость V, км/ч	Радиус колеса по кругу катания r, см	Число осей в жесткой базе	Длинна жесткой базы L, см	Поперечные разбеги осей η, мм
					Крайних η1	Средней трехосной тележки η2
Электровозы переменного тока
ВЛ 60	120	62,5	3	460	1,0	15,5
ВЛ 60К	100	62,5	3	460	1,0	15,5
ВЛ 80, ВЛ 80К	110	62,5	2	300	1,0	-
ВЛ 82м	110	62,5	2	300	1,0	-
Ф	110	62,5	3	467	0	0
ФП	160	62,5	3	484	0	0
ЧС4Т	160	62,5	3	460	1,3	1,3
К	100	62,5	3	495	-	-
ВЛ 65	120	62,5	2	290	1	-
Электровозы постоянного тока
ВЛ23	100	60	3	440	0	14
ВЛ8	80	60	2	320	2,9	-
ВЛ10	100	62.5	2	300	1,0	-
ЧС 1	120	62,5	2	333	0	0
ЧС 2м, ЧС 2Т	160	62,5	3	460	0	0
ЧС 3	120	62,5	2	333	0	0
ЧС200	220	62,5	2	320	0	0
Тепловозы
ТЭ7	140	52,5	3	420	1,5	14
ТЭ3, ТЭ30	100	52,5	3	420	1,5	14
2ТЭ10Л	100	52,5	3	420	1,5	14
2ТЭ10В	100	52,5	3	370	1,5	14
2ТЭ116	100	52,5	2	370	1,5	14
2ТЭ121	100	52,5	2	440	1,5	14
Т ЭП10	140	52,5	3	420	1,5	14
ТЭП60	160	52,5	3	460	0	19
ТЭП70	160	52,5	3	430	1,5	14
ТЭП75	160	61,0	3	430	1,5	14
ТГ102К	120	61,0	2	250	1,5	-
Вагоны
Грузовой 4-осный	-	47,5	2	185	6	-
Грузовой 6-осный	-	47,5	3	350	2	6
Пассажирский	-	52,5	2	270	6	-

Правилами технической эксплуатации железных дорог РФ [2] установлены следующие нормы ширины колеи (табл. 10).

Таблица 10

Нормативная ширина колеи

План линии	Ширина колеи, мм, при шпалах
	деревянных	железобетонных
Прямая	1520
Кривая R>350м	1520	1520
Кривая R=349…300м	1530	-
Кривая R<299м	1535	-

Допускаются отклонения по уширению до +8 мм и по сужению до - 4 мм, а на участках со скоростью движения не свыше 50 км/ч соответственно до +10 и - 4 мм.

В курсовой работе необходимо для заданного экипажа (локомотива или вагона) определить оптимальную и минимально-допустимую ширину колеи в кривой данного радиуса, сравнить ее с нормативной и сделать соответствуюший вывод о характере вписывания данного экипажа в кривую.

Определение оптимальной ширины колеи. При определении оптимальной ширины колеи за исходную принимают схему свободного вписывания. На рисунке 17 представлена схема такого вписывания для трехосной тележки с учетом разбегов крайних осей.

Рис. 17. Схема свободного вписывания трехосной тележки в кривую

Для двухосной тележки принципиальная схема сохраняется такой же (без средней оси). Точкой О обозначен центр вращения тележки. При свободном вписывании он находится на задней оси и внутреннее колесо этой оси своим гребнем касается внутренней нити кривой, не взаимодействуя с ней. [1,6]

Оптимальная ширина колеи ,мм, определяется по формуле

=,

где - максимальная ширина колесной пары;

- стрела изгиба наружного рельса при хорде АВ, мм,

- допуск на сужение колеи.

Величина стрелы определяется по формуле

,

где - расстояние от центра вращения тележки до геометрической оси первой колесной пары, равное в данном случае длине жесткой базыL, мм;

R -радиус кривой, мм;

b - расстояние от оси первой колесной пары до точки касания гребня колеса с рельсом, определяемое по формуле,

где r - радиус колеса, мм;

t - расстояние от поверхности катания до точки прижатия гребня к боковой грани готовки рельса (глубина касания); принимается равным 10 мм,

tg-тангенс угла наклона рабочей поверхности гребня колеса к горизонту (угол для нового вагонного колеса равен 60°, для локомотивных бандажей — 70°);

S= 1520 мм.

Значения величин L,r, представлены в таблице 9.

Полученное значение сравнивают с нормативным [S] по данным таблицы 10. Если≤[S], то принимают нормативную ширину колеи. Если жеокажется больше [S], то необходимо определить минимально допустимую ширину колеи.

Определение минимально допустимой ширины колеи. В этом случае за исходную принимают схему заклиненного вписывания (см. рис. 18, 19).

Учитывая, что заклиненное вписывание не допускается, к полученной по этим

схемам ширине , прибавляют величину зазорамежду боковой рабочей гранью рельса и гребнем колеса.

Рис. 18. Схема заклиненного вписывания трехосной тележки без поперечных разбегов осей

Величины их определяются по формулам:

где

Рис. 19, Схема заклиненного вписывания трехосной тележки с поперечными разбегами осей

Для трехосной тележки следует рассматривать два случая.

1. Трехосная тележка не имеет разбегов (рис. 18).

В этом случае трехосная тележка будет заклинена в точках А, В и С и ширина колеи определится выражением

2. Трехосная тележка имеет разбеги (рис.19).

Вначале определим сумму разбегов

,

где - разбег крайних осей тележки;

- разбег средней оси тележки.

Сравним с величиной, полученной по формуле.

Если ≥, то тележка будет заклинена в точках А, В, С и Д и ширина колеиопределится выражением

Если <, то тележка будет заклинена в точках А, В и С (см. рис. 18). Ширина колеив этом случае

Полученное значение необходимо сравнить с нормативной шириной колеи[S] для принятого радиусаRкривой (см. табл. 10).

Если <[S], то принимается нормативная ширина колеи. Во всех случаях минимально допустимая ширина колеине должна превышать максимальную ширину, установленную ПТЭ для кривого участка пути и равную 1535 мм.

Если же по расчетам окажется, что >[], то необходимо увеличить радиус кривой, а приR ≤ 150 м предусмотреть установку контррельсов.

Пример: Определить оптимальную и минимально необходимую ширину рельсовой колеи в кривой радиусом R= 300 м для пропуска электровоза ЧС2^М. имеющего радиус колесаr= 625 мм, трехосные тележки с жесткой базойL= 4600 мм, поперечные разбеги осей=0,=0.

Оптимальная ширина колеи определяется по формуле

Максимальная ширина колесной пары в соответствии с данными /1/

1509мм.

Величина стрелы определяется по формуле

Здесь = 4600 мм - расстояние от центра О вращения тележки до геометрической оси первой колесной пары.

b - расстояние от оси колесной пары до точки касания гребня с рельсом, определяемое по формуле

=

Пользуясь формулой найдем

Находим требуемую ширину колеи:

= 1509+36 -0+4 = 1 549мм = 1549 мм >1530мм.

В связи с тем, что требуемая ширина колеи для свободного вписывания электровоза ЧС2М получилась больше установленной ПТЭ для кривой радиусом 300 м, следует перейти к определению минимально допустимой ширины колеи.

Так как трехосная тележка ЧС2М не имеет поперечных разбегов ==0 , то в этом случаеопределится выражением:

Стрела изгиба наружной нити кривой определяется по формулам

Согласно /1/= 7 мм.

Минимально допустимая ширина колеи

= 1509 + 9 + 4 + 3,5 = 1526мм < 1530 мм.

То есть, требования ПТЭ не нарушены.