3 Определение режима эксплуатации бесстыкового пути

Возможность укладки бесстыкового пути в конкретных эксплуатационных условиях определяется сравнением допустимой температурной амплитуды рельсов [Т] для заданных условий с фактически наблюдавшейся в данной местности амплитудой колебания температуры рельсов Т_А.

Если Т_А.<[Т], то бесстыковой путь можно укладывать.

3.1 Расчёт бесстыкового пути по условию прочности

Прочность рельсовых плетей рассчитывается при условии, что суммарное воздействие на путь подвижного состава и изменений температур рельсов не должно создавать в них напряжений, превосходящие допускаемые, т. е.

; ; ; ,

где - кромочные и нормальные напряжения в кромках подошвы и головки рельса соответственно;

- напряжения в поперечном сечении рельса соответственно от действия сжимающей и растягивающей силы;

- допустимые напряжения, для нетермоупрочнённых рельсов принимаем = 3500 кгс/см²;

- коэффициент запаса прочности, =1,3.

Но зная, что , где = 25 кгс, мы получим следующую формулу для нахождения наиболее допустимых по условию прочности изменений температур рельсовой плети по сравнению с их температурами при закреплении:

Расчеты ведут для зимы, так как кромочные напряжения в подошве рельса в это время года минимально:

Расчёт для 2ТЭ116 (прямая):

⁰С,

Расчёт для 2ТЭ116 (кривая):

⁰С,

Расчёт для вагона (прямая):

⁰С,

Расчёт для вагона (кривая):

⁰С.

Для дальнейших расчетов оставляем вагона так, как она наименьшая.

3.2 Расчёт бесстыкового пути по условию устойчивости

Расчёт ведётся по методу Першина С. П. Согласно этому расчёту при заданной длине хорды зоны искривления и прочих известных параметрах можно найти стрелу f, при которых значения сжимающей силы максимальны. Это положение соответствует максимуму потенциальной энергии и отражает состояние неустойчивого равновесия.

Для начала примем, что

,

где - продольная сжимающая сила, возникающая в рельсовой плети при возрастании температуры до температуры закрепления;

- допускаемое значение продольной сжимающей силы;

Эти силы соответственно равны:

, ,

где - площадь поперечного сечения двух рельсов;

- изменение температуры;

- критическое напряжение;

- коэффициент устойчивости;

- допустимое повышение температуры рельса по условию устойчивости.

По формуле, выведенной Першиным С. П., находим :

;

где - параметры, зависящие от типа рельса и плана линии;

- средний уклон начальной неровности;

- коэффициент сопротивления балласта смещению шпалы,

- коэффициент, зависящий от эпюры шпал;

- коэффициент, учитывающий влияние сопротивления поворота.

Расчёт для вагона (прямая):

⁰С

Расчёт для вагона (кривая):

⁰С

3.3 Определение возможного интервала закрепления рельсовой плети на постоянный режим эксплуатации

Значение Т_А определяется, как алгебраическая разность наивысшей tmax max и наинизшей tmin min температур рельсов, наблюдавшихся в данной местности. При этом наибольшая температура рельсов принимается на 20 °С выше температуры воздуха за счет нагревания солнечной радиацией.

Т_А = t_{max max} - t_{min min}

Расчетные максимальные и минимальные тампературы рельсов в различных пунктах железнодорожной сети страны приведены в ТУ-2000.

Поставленная задача рассматривается на примере железной дороги в городе Москва. Принимая это во внимание, получаем:

Т_А = 55° - (-51°) = 106°С. Амплитуда допускаемых изменений рельсов равна:

[Т] = [Δt_пп] + [Δt_у] - [Δt_з],

где [Δt_у] - допускаемое повышение температуры рельсов по сравнению с температурой их закрепления, определяемой устойчивостью пути против выбросов при действии сжимающих сил;

[Δt_пп] - допускаемое понижение температуры рельсовых плетей по сравнению с температурой их закрепления, определяемое их прочностью при действии растягивающих продольных сил;

[Δt_з] - минимальный интервал температур, в котором окончательно закрепляются плети; по условиям производства работ для расчетов обычно [Δt_з] = 10°.

Допускаемое повышение температуры рельсовых плетей [Δt_у] установлено на основании теоретических и экспериментальных исследований устойчивости пути против выброса, полученные результаты для рельсов в плети для различных конструкций верхнего строения пути и плана линии приведены в п. 3.2.

Допускаемое по условию прочности понижение температуры рельсовых плетей [Δt_пп] по сравнению с температурой их закрепления для бесстыкового пути с термоупрочненными рельсами типа Р65 на железобетонных шпалах, щебеночном балласте в зависимости от типа обращающихся локомотивов, реализуемых скоростей движения и радиусов кривых, определены по правилам расчета верхнего строения пути на прочность для зимних условий и приведены в ТУ-2000.

Конструкция верхнего строения пути и условия его эксплуатации на рассматриваемой дистанции приводятся в задании. Допустимое повышение и понижение температуры рельсов, а также расчеты их допустимых амплитуд сведены в таблицы 3.1 и 3.2:

Таблица 3.1

Вагон	Скорость, км/ч	План линии	[Δtу]	[Δtпп]	- [Δtз]	[Т]
6-осный	90	прямая	62,70	107,7	-10	160,4

Таблица 3.2

Вагон	Скорость, км/ч	План линии	[Δtу]	[Δtпп]	- [Δtз]	[Т]
6-осный	90	кривая	41,88	97,1	-10	129,0

Из приведенных таблиц видно, что для прямой и кривой [Т] > Т_А, то есть условие возможности его укладки выполнено. Далее при проектировании необходимо рассмотреть возможные интервалы его закрепления.

Интервалы закрепления рельсовых плетей изображены на рисунке 3.1.