Губенко ж.д.путь

Министерство транспорта и связи Украины

Украинская государственная академия железнодорожного транспорта

Кафедра „ Путь и путевое хозяйство”

К У Р С О В О Й П Р О Е К Т

по дисциплине : « Железнодорожный путь »

Выполнила : студентка

группы 1-V-ЗСс

Губенко С.М.

Проверил: преподаватель

Овчинников А.А.

Харьков 2011

Введение

При решении ряда инженерных задач в путевом хозяйстве необходимо проверять соответствие мощности элементов верхнего строения пути тем нагрузкам, которые воздействуют на железнодорожный путь в конкретных условиях эксплуатации. Выполнение расчётов ВСП позволяет решать следующие задачи:

A) определение напряжений в элементах ВСП от воздействия подвижного состава с заданными скоростями движения по условиям плана и профиля линии;

Б) определение максимальных скоростей движения подвижного состава по несущей способности элементов ВСП;

B) определение необходимой мощности ВСП для заданных условий эксплуатации;

Г) определение максимальных скоростей движения подвижного состава в период стабилизации ВСП после производства ремонтных работ с очисткой и уплотнением балластного слоя;

Д) расчёт пути при пропуске эпизодических нагрузок;

Е) выбор наиболее целесообразного режима эксплуатации бесстыкового пути в условиях эпизодического появления низких температур рельсовых плетей.

1. Расчет верхнего строения пути на прочность

1.1. Расчет напряжений в элементах верхнего строения пути

Наибольшие нормальные напряжения в кромках подошвы рельса определяются по формуле:

, (1.1)

Прямой участок:

лето

а)

зима

б)

где - величина изгибающего момента в расчетном сечении при динамическом воздействии нагрузки, кг·см;

– момент сопротивления поперечного сечения по низу подошвы рельса, см³;

– коэффициент учета горизонтальных сил и крутящего момента, образованного внецентренностью передачи вертикальных сил на рельс.

, (1.2)

Прямой участок:

лето

а)

зима

б)

где - расстояние от горизонтальной нейтральной оси инерции поперечного рельса до наиболее удаленных волокон головки рельса, см;

- то же, до наиболее удаленных волокон подошвы рельса, см;

- ширина головки рельса по верху, см;

- ширина подошвы рельса по низу, см.

Нормальные напряжения под подкладкой на поверхности шпал определяются по формуле:

, (1.3)

где - величина давления на полушпалу в подрельсовом сечении;

- площадь подкладки, см².

а)

б)

Напряжения на поверхность балласта под нижней постелью шпалы определяется по формуле:

, (1.4)

где - эффективная опорная площадь полушпалы с ее изгиба.

а)

б)

2. Определение динамических сил и изгибающих моментов, действующих в расчетном сечении рельса

При действии на путь системы грузов рассматривается учет влияния соседних колес при средних значениях нагрузки, т. е. имеется ввиду несовпадение вероятного максимума давления расчетного колеса в расчетном сечении рельса с вероятным максимумом давления соседних колес. Исходя из этого одиночная сила, эквивалентная действию системы сил (нагрузок от колес), определяется по следующей формуле:

, (1.5)

где - расчетный вероятный максимум давления колеса в расчетном сечении (расчетное значение нагрузки), определяется по формуле:

, (1.6)

где - среднее давление колеса на рельс;

- нормирующий множитель, равный 2,5 при вероятности не превышения максимума р = 0,994;

S – среднеквадратическое отклонение, обусловленное проявлением переменных сил, вызванных несовершенствами пути и колебаниями рессор;

- ординаты линии влияния изгибающего момента в расчетном сечении, расположенные под нагружающими рельс осями (рис.1), могут быть определены по формуле :

(1.7)

Прямой участок:

лето

а)

кг

зима

б)

кг

Рис. 1 Расчетная схема для определения величины

эквивалентной нагрузки Р^I_экв.

Изгибающий момент в расчетном сечении определяется по формуле :

, (1.8)

где - коэффициент относительной жесткости основания и рельса, см^-1.

, (1.9)

где - модуль упругости подрельсового основания, кг/см² (или погонная распределенная нагрузка, вызывающая просадку основания на 1 см);

- модуль упругости рельсовой стали, =2.1·10⁶ кг/см² ;

- момент инерции поперечного сечения рельса относительно горизонтальной нейтральной оси при изгибе в вертикальной плоскости, см⁴.

а)

б)

Величина наибольшей вертикальной поперечной силы, передаваемой рельсом основанию, определяется по формуле:

, (1.10)

где - расстояние между осями шпал, см;

- эквивалентная одиночная вертикальная сила, к которой сведено воздействие колесных нагрузок при определении величины давления на шпалу, определяется по следующей формуле:

Прямой участок:

лето

,

зима

, (1.11)

где - ординаты линии влияния для вертикальной поперечной силы в расчетном сечении, расположенные под нагружающими рельс осями (рис.2), могут быть определены по формуле :

(1.12)

Для вычисления максимальной величины добавки от влияния соседних осей следует рассматривать все возможные варианты приложения нагрузок относительно расчетного сечения, помещая каждый раз над ним расчетную нагрузку , значения которой определяется по формуле(1.6). Для этого необходимо предварительно определить значения всех динамических добавок, вызванных несовершенствами пути и подвижного состава в соответствии с предпосылками расчета пути на прочность.

Прямой участок:

лето

а)

кг

зима

б)

кг

Рис. 2 Расчетная схема для определения величины

эквивалентной нагрузки Р^II_экв

Величина среднего давления колеса на рельс определяется по формуле:

, (1.13)

где - статическая нагрузка от колеса на рельс;

- средняя величина дополнительного давления, обусловленного максимальным сжатием рессор в момент прохождения колесом изолированной неровности пути.

Для электровозов и тепловозов с двухступенчатым рессорным подвешиванием величина максимального дополнительного давления, вызванного колебаниями рессор - определяется по следующей формуле:

, (1.14)

где - величина подрессорного веса, отнесенного к колесу;

- коэффициент вертикальной динамики подрессорной части локомотивов, определяется по формуле:

, (1.15)

где - общий статический прогиб рессорного подвешивания, мм.

Среднеквадратическое отклонение переменной силы определяем по формуле:

(1.16)

Максимальная дополнительная вертикальная сила , возникающая от воздействия на колесо плавной изолированной неровности на пути, подсчитывается по формуле:

, (1.17)

где 0,8 – коэффициент, учитывающий усредненную форму неровности пути;

- коэффициент, учитывающий тип рельса, определяется по формуле:

, (1.18)

- значения коэффициентов;

- коэффициент, учитывающий род балласта, принимается равным для щебня – 1,0;

- расстояние между осями соседних шпал, см;

– коэффициент относительной жесткости рельсового основания и рельса, см^-1;

U- модуль упругости подрельсового основания, кг/см²;

q- неподрессоренный вес, приходящийся на одно колесо, кг;

ε – коэффициент учета материала шпалы, принимается равным для деревяных шпал – 1.0;

– коэффициент, равный отношению коэффициентов, учитывающих соотношение колеблющихся масс колес и пути, для пути с

деревяными шпалами - = 1.0.

Среднеквадратическое отклонение инерционной силы Р_н.п равно :

, (1.19)

Следовательно,

(1.20)

Прямой участок:

лето

а)кг

зима

б) кг

Максимальное вертикальное инерционное усилие (в кг), возникающее при отклонении центра неподрессоренной массы от прямолинейной траектории из-за непрерывных плавных неровностей на колесе, являющихся следствием неравномерного износа (проката) его поверхности катания, определяется по формуле:

, (1.21)

где К₀=0,231 – для вагонных, тепловозных, электровозных колес;

d- диаметр колес, см;

- коэффициент учета сопротивления колеблющихся масс,=0,433.

Среднеквадратическое отклонение силы составляет:

, (1.22)

где К₁=0,225·К₀= 0,052.

а) кг

б) кг

При прокатывании колеса своей изолированной неровностью по рельсу, без отрыва от него, возникают вертикальные колебания, в результате чего в массе колеса и связанных с ним неподрессоренных частях (оси, буксах и т.п.) возникают силы инерции, являющиеся дополнительной нагрузкой на путь (Р_и.н.к.), определенной по формуле:

, (1.23)

где - максимальный дополнительный прогиб рельса, отнесенный к единице глубины, при прохождении колесом косинусоидальной неровности, безразмерная величина;

- глубина изолированной неровности на колесе, см.

Возможная глубина неровности на колесе определяется, исходя из допускаемой глубины выбоины. По ПТЭ на поверхности катания локомотивных колес глубина выбоины а допускается до 0,7 мм . Учитывая, что края неровностей быстро закатываются, в расчет вводят глубину

(1.24)

При скоростях движения , у_мах=1.47, величина критической скорости определяется :

, (1.25)

где 0,182-коэффициент приведения размерностей, при длине изолированной неровности l₀ =20 см и соотношении периода прохождения неровности по рельсу и периоду собственных колебаний системы колесо-рельс Т₀/Т = 0,71.

Среднеквадратическое отклонение инерционной силы определяется формулой:

(1.26)

а)кг

б) кг

При железобетонных шпалах, по предложению Вериго М.Ф., среднеквадратическое отклонение реакций на шпалах из-за неравноупругости опор:

(1.27)

Величина среднего квадратического отклонения S , обусловленного всеми переменными вертикальными силами, определяется из выражения:

, (1.28)

где q₁ =5% - процент колес, имеющих изолированные неровности на колесе, от общего количества колес.

а)кг

б) кг