Расчет рельсовой колеи
ХОДОВЫЕ ЧАСТИ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА
Особенностями ходовых частей железнодорожного подвижного состава, влияющими на конструктивное оформление рельсовой колеи, являются:
1) наличие реборд (гребней) у бандажей колес;
2) глухая насадка колес;
3) параллелизм осей в пределах жесткой базы;
4) поперечные разбеги осей подвижного состава, а также наличие у некоторых экипажей поворотной оси или тележки;
5) коничность бандажей.
Реборды, или гребни, колес представляют собой выступающие части колес, предназначенные для направления движения экипажей и предупреждения их от схода с рельсового пути. Колесная пара железнодорожного экипажа состоит из оси и двух наглухо насаженных колес с бандажами, поверхность катания которых в средней части имеет коничность 1/20, в связи с чем и рельсы на прямых участках ставят с наклоном внутрь колеи (также в 1/20).
Локомотивные (рис. 1.1, а) и вагонные (рис. 1.1,6) колеса отличаются по размерам и очертанию поперечного профиля.
Рис. 1.1. Поперечные профили колес:
а - локомотивного; б - вагонного
При скоростях движения поездов более 140 км/ч предельный износ h, измеряемый по среднему кругу катания, не должен превышать 5 мм. При меньших скоростях движения прокат колес локомотивов и пассажирских вагонов допускается до 7 мм, а грузовых вагонов - до 9 мм.
Глухая насадка колес представляет собой неподвижное закрепление их на оси, т. е. вращение колес происходит вместе с осью. Такая конструкция вызвана теми соображениями, что при свободной насадке колес после износа их ступицы и осевой шейки оно может принять наклонное положение и провалиться внутрь колеи.
Параллелизм осей предполагает, что во время движения все оси, входящие в состав жесткой базы, движутся параллельно друг другу. В противном случае при перекосе колесной пары возможен сход ее с рельсов. Жесткой базой экипажа называется расстояние между его крайними осями, входящими в состав одной тележки. Во время движения оси одной тележки остаются параллельными между собой. Кроме жесткой базы, имеется понятие полной колесной базы L экипажа- расстояние между его крайними осями. Полная L и жесткая база L 0 экипажа показаны на рис. 1.2.
Рис. 1.2. Полные L и жесткие L 0 базы различных экипажей
Характер вписывания экипажей в кривые, а следовательно, и необходимую для этого ширину колеи определяет величина жесткой базы.
Поперечные разбеги в осях подвижного состава позволяют им перемещаться вдоль геометрической оси колесной пары. Отсутствие поперечных разбегов затрудняет вписывание экипажей. Для их вписывания требуется увеличивать ширину колеи.
В некоторых многоосных экипажах для облегчения вписывания крайние поддерживающие оси могут поворачиваться на некоторый ограниченный по величине угол.
Бандажи колесных пар имеют коничность. Поверхность катания колес принята с уклоном относительно горизонта, равным 1/20. Коничность поверхностей катания бандажей смягчает удары колес подвижного состава при их виляющем движении в результате возникновения горизонтальной составляющей давления колеса на рельс. Коничность бандажей требует устройства подуклонки рельсов. Она устраивается для центральной передачи усилий от колес на рельсы. Величина подуклонки принята равной коничности бандажей, т. е. 1/20. Подуклонка не должна быть более 1/12 и менее 1/30 по внутренней нити в кривой и 1/60 во всех остальных случаях.
УСТРОЙСТВО РЕЛЬСОВОЙ КОЛЕИ в ПРЯМЫХ УЧАСТКАХ ПУТИ
Ширина колеи в РФ принята равной 1520 мм с допусками по уширению 8мм, по сужению - 4 мм. При скоростях движения до 50 км/ч допускается уширение до 10мм. Ширина колеи измеряется на уровне, расположенном на 13мм ниже поверхности катания головки рельса. Объясняется это тем, что расчетная плоскость располагается на 10 мм ниже поверхности катания головки рельса для новых бандажей. С увеличением износа поверхность катания бандажа колеса, а следовательно, и расчетная плоскость понижаются.
Верх головок рельсов по обеим рельсовым нитям в прямых участках пути должен располагаться в одном уровне с допусками ±5 мм. Допускается одну рельсовую нить содержать на 5 мм выше другой. На двухпутных участках возвышение устраивается на бровочной нити пути, а на однопутных, как правило, на правой рельсовой нити по ходу километров. На стрелочных переводах возвышение не устраивается.
Между рельсовой колеей и шириной колесной пары существует определенное соотношение. Ширина колесной пары (колесная колея) уже ширины колеи на величину зазора.
Рис. 2.1. Схема для определения зазора δ между рельсовой колеей S и вагонной колеей q
На рис. 2.1 представлена схема для определения величины зазора между гребнем колеса и головкой рельса. На схеме обозначено:
S -ширина рельсовой колеи, S = мм;
q - ширина колесной пары (колесная колея);
Т - насадка колес, Т = 1440±3мм при скорости движения более 140 км/ч с допусками +3 -1;
d - толщина гребня колеса, d max = 33 мм, d min = 25 мм; при скорости движения более 140 км/ч d min = 28 мм;
μ - утолщение гребня колеса в сечении выше расчетной плоскости; для вагонных колес μ =1мм; для локомотивных μ=0;
δ - зазор между гребнем колеса и рабочей гранью рельса.
Из приведенной на рис. 2.1 схемы видно, что рельсовая колея отличается от колесной на величину зазора δ:
где q = T +2d + 2μ.
Поскольку размеры, входящие в эти выражения, имеют допуски, то существуют минимальные, нормальные и максимальные значения δ:
δ min = S min - q max ;
δ 0 = S 0 - q 0 ;
δ max = S max - q min .
Если в данные выражения подставить числовые значения, то получим результаты, показанные в табл. 1.
Таблица 1
| Наименование колес | Скорость движения, км/ч | S, мм | q, мм | δ, мм | ||||||
| max | норм | min | max | норм | min | max | норм | min | ||
| Локомотивные | До 140 | |||||||||
| Свыше 140 | ||||||||||
| Вагонные | До 140 | |||||||||
| Свыше 140 |
Таким образом, на прямых участках пути зазор между гребнем колеса и рабочей гранью рельса колеблется в пределах от 5 до 39 мм. При движении груженых вагонов происходит изгиб оси колесной пары выпуклостью вверх, так как нагрузка от вагона на колесную пару передается через буксовый узел, расположенный снаружи рельсовой колеи. В результате этого колесная колея может уменьшаться на 2 - 4 мм и более. Под воздействием колес подвижного состава происходят упругие отжатия рельсовых нитей, т. е. упругое уширение колеи на 2 мм в прямых участках, а в кривых - на 4 мм и более.
Положительная роль зазора заключается в устранении заклинивания колес подвижного состава между рельсовыми нитями, а значит в уменьшении сопротивления движения и в снижении бокового износа рельсов и гребней колес.
Однако излишняя величина зазора увеличивает углы набегания гребней колес на рельс в прямых и при входе в кривые, что увеличивает горизонтальные силы и ведет к расстройству пути в плане. В этом случае уменьшается срок службы рельсов и колес подвижного состава, ухудшается плавность движения поездов, особенно при высоких скоростях, увеличиваются расходы на текущее содержание.
Опасный предел в сторону сужения колеи определяется из условия заклинивания колесной пары с максимальной насадкой, т. е.
S пред (min) = q max = T max + 2d max + 2μ = 1443 + 2·33 + 2·1 = 1511 мм.
Рис. 2.2. Схема определения предельно допустимой (максимальной) рельсовой колеи S пред (max)
Опасный предел в сторону уширения колеи определяется из условия предупреждения провала колеса внутрь колеи. Расчетная схема показана на рис. 2.2. Из рисунка видим, что
S пред (max) = T min + d min + μ + 130 - 30 - r 1 ,
где d min - минимальное значение толщины гребня, d min = 25 мм;
μ - утолщение гребня в сечении, расположенном выше расчетной плоскости, μ = 1 мм;
T min - минимальное значение насадки колес, T min = 1437 мм;
S пред (max) = 1437 + 25 + 1 + 130 - 30 - 15 = 1548 мм.
Принимая во внимание упругие отжатия рельсов под нагрузкой, а также изгиб осей груженых вагонов, предельное значение ширины колеи в сторону уширения устанавливается 1546мм. Наличие колеи, превышающей опасные пределы как в сторону сужения, так и уширения, не допускается и относится к неисправностям самой высокой степени.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ. УСТРОЙСТВО Рельсовой Колеи. Устройство рельсовой колеи тесно связано с конструкцией и размерами колесных пар подвижного состава. Колесная пара состоит из стальной оси, на которую наглухо насажены колеса, имеющие для предотвращения схода с рельсов направляющие гребни. Поверхность катания колес подвижного состава в средней, части имеет коничность 1/20, которая обеспечивает более равномерный износ, большее сопротивление горизонтальным силам, направленным поперек пути, меньшую чувствительность к неисправностям его и препятствует появлению желоба на поверхности катания, затрудняющего прохождение колесных пар по стрелочным переводам. В соответствии с этим и рельсы устанавливаются также с подуклонкой 1/20, что, при деревянных шпалах достигается за счет клинчатых подкладок, а при железобетонных - соответствующим наклоном поверхности шпал в зоне опирания рельсов. Расстояние между внутренними гранями головок- рельсов называется шириной колеи . Эта ширина складывается из расстояния между колесами (1440±3 мм), двух толщин гребней (от 25 до 33 мм) и зазоров между колесами и рельсами, необходимых для свободного прохождения колесных пар. Ширина нормальной (широкой) колеи в прямых и кривых участках пути с радиусом более 349 м принята в СССР 1520 мм с допусками в сторону уширения 6 мм и в сторону сужения 4 мм. В соответствии с ПТЭ верх головок рельсов обеих нитей пути на прямых участках должен быть в одном уровне. Разрешается на прямых участках пути на всей протяженности каждого из них содержать одну рельсовую нить на 6 мм выше другой.При сооружении пути стыки на обеих рельсовых нитях располагают точно один против другого по наугольнику, что по сравнению с расположением стыков в разбежку уменьшает число ударов колесных пар о рельсы, а также позволяет заготавливать и менять рёльсошпальную решетку целыми звеньями с помощью путеукладчиков.Для того чтобы каждая колесная пара не могла поворачиваться вокруг вертикальной оси, колесные пары вагона или локомотива соединяют по две и более жесткой рамой. Расстояние, между крайними осями, соединенными рамой, называется жесткой базой, а между крайними осями, вагона или локомотива-полной колесной базой. Жёсткое соединение колесных пар обеспечивает устойчивое положение их на рельсах, но в то же время затрудняет прохождение в кривых малого радиуса, где возможно их заклинивание. Для облегчения вписывания в кривые современный подвижной состав выпускают на отдельных тележках с небольшими жесткими базами.
ОСОБЕННОСТИ УСТРОЙСТВА ПУТИ В КРИВЫХ. В кривых участках устройство пути имеет ряд особенностей, основными из которых являются: возвышение наружного рельса над внутренним, наличие переходных, кривых, уширение колеи при малых радиусах, укладка укороченных рельсов на внутренней рельсовой нити, усиление, пути, увеличение расстояния между осями путей на двух- и многопутных линиях. Возвышение наружного рельса предусматривается при радиусе кривой 4000 м. и менее для того, чтобы нагрузка на каждую рельсовую нить была примерно одинаковой с учетом действия центробежной силы.Устройство переходных кривых связано с необходимостью плавного сопряжения кривой с примыкающей прямой, как в плане, так и в профиле. Переходная кривая в плане представляет собой кривую переменного радиуса, уменьшающегося от бесконечно большого до R - радиус круговой кривой с уменьшением кривизны пропорционально изменению длины.Уширение колеи производится для обеспечения вписывания подвижного состава в кривые. Поскольку колесные пары закреплены в раме тележки таким образом, что в пределах жесткой базы они всегда параллельны между собой, в кривой только одна колесная пара может расположиться по радиусу, а остальные будут находиться под углом. Это вызывает необходимость увеличения зазора между гребнями колес и рельсами во избежание заклинивания колесных пар.
Укладка укороченных рельсов во внутреннюю нить необходима для исключения разбежки стыков. Поскольку внутренняя рельсовая нить в кривой короче наружной, то укладка в нее рельсов той же длины, что и в наружную, вызовет забегание стыков вперед на внутренней нити. Для устранения разбежки стыков при каждом радиусе кривой необходимо иметь свою величину укорочения рельса. В целях унификации применяют стандартные укорочения рельсовых звеньев длиной 25 м на 80 и 160 мм. Укладку укороченных рельсов во внутренней нити чередуют с укладкой рельсов нормальной длины так, что бы забег стыков, не превышал половины укорочения, т.е. 40; 80 мм.Усиление пути в кривых производится при R ≤ 1200 м для обеспечения необходимой равнопрочное я примыкающими прямыми. Для этого увеличивают число шпал на километр, уширяют балластную призму с наружной стороны кривой, ставят несимметричные подкладки с большим плечом в наружную сторону, отбирают наиболее твердые рельсы. В круговых кривых на двух- и многопутных линиях увеличивается расстояние между осями путей в соответствии с требованиями габарита, что достигается в пределах переходной кривой внутреннего пути за счет изменения ее параметра.
УСТРОЙСТВО ПУТИ НА МОСТАХ И В ТОННЕЛЯХ. Конструкция пути на мостах и в тоннелях имеет, ряд особенностей. На металлических мостах рельсовый путь обычно делают без балласта; на деревянных брусьях, уложенных на расстоянии 10-15 см друг от друга. Брусья крепят болтами к продольным балкам. Для удержания; подвижного состава в случае схода его с рельсов на существующих мостах снаружи колеи имеются деревянные охранные брусья, а внутри - контррельсы. На строящихся мостах для этой цели используют металлические охранные уголки специального профиля. На мостах с большими металлическими пролетными строениями укладывают путь на металлических поперечинах. На ряде металлических мостов и, в частности, на мосту через р. Амур на БАМе применена конструкция пути на сплошных железобетонных плитах, дающая сокращение затрат на содержание мостового полотна.На каменных, бетонных и железобетонных мостах, а также на путепроводах, расположенных в пределах станции, путь устраивают на щебеночном балласте и обычных шпалах, для чего на мосту устраивают корыто шириной поверху на однопутных линиях не менее 3,6 м, а на двухпутных - не менее 7,7 м. Толщину щебеночного балласта на мостах и путепроводах принимают, как правило, не менее 25 см.На подходах к мостам независимо от рода балласта, принятогона данной линии, путь с обеих сторон укладывают на щебеночном балласте, что повышает устойчивость пути и уменьшает засорение пылью конструкций моста при движении поездов. На подходах к безбалластным мостам путь полностью закреплен от угона; на самих мостах противоугоны ставят как исключение. На больших металлических мостах во избежание разрыва стыков при температурных изменениях длины пролетных строений устанавливают специальные приборы, обеспечивающие взаимное смещение остряка и рамного рельса. Путь в тоннелях рекомендуется делать на железобетонных шпалах с эпюрой на одну ступень выше, чем на подходах. На протяженности 200 м с каждой стороны перед тоннелем и в самом тоннеле путь должен быть, на щебеночном балласте толщиной не менее 25 см. Путь в тоннеле может быть и на жестком бетонном основании со скреплениями раздельного типа с прокладками-амортизаторами. На мостах и тоннелях не допускается применение разных типов рельсов, переходных стыков и рельсовых рубок.
21 22 24 ..Устройство рельсовой колеи в прямых участках пути
Рельсовая колея - это две рельсовые нити, установленные на определенном расстоянии одна от другой и прикрепленные к шпалам, брусьям или плитам. Устройство и содержание рельсовой колеи зависят от особенностей конструкции ходовых частей подвижного состава.
К ним относится наличие у колес реборд (гребней), которые удерживают колеса на рельсах и направляют движение локомотивов и вагонов. Колеса наглухо запрессовываются на оси и образуют вместе с ней колесную пару. Оси колесных пар, объединенные общей жесткой рамой, всегда остаются взаимно параллельными.
Поверхность катания колес имеет не цилиндрическую, а коническую форму с уклоном в средней ее части 1:20.
Расстояние между внутренними гранями колес называется насадкой Т=1440 мм с предельными допусками + - 3 мм. Расстояние между крайними осями, закрепленными в раме одной тележки, называется жесткой базой.
Расстояние между крайними осями вагона или локомотива называется полной колесной базой данной единицы.
Так, полная колесная база электровоза BJT-8 составляет 24,2 м, жесткая база - 3,2 м.
Расстояние между рабочими гранями гребней колес называется шириной колесной пары.
Толщина гребней колесных пар должна быть не более 33 мм и не менее 25 мм. Чтобы колесная пара с самой широкой насадкой и неизношенными гребнями колес могла поместиться внутри колеи, ширина ее должна быть 1440 + 3 + 2 х 33 = 1509 мм, но при этом колесная пара будет зажата (заклинена) между рельсами.
Ширина колеи - это расстояние между внутренними гранями головок рельсов, измеряемое на уровне 13 мм ниже от поверхности катания. Ширина колеи на прямых участках пути и в кривых радиусом 350 м и более должна быть 1520 мм. На существующих линиях вплоть до их перевода на колею 1520 мм на прямых участках и в кривых радиусом более 650 м допускается ширина колеи 1524 мм. В кривых меньшего радиуса ширина колеи увеличивается согласно Правилам технической эксплуатации.
Допуски по ширине колеи установлены по уширению плюс 8 мм, по сужению колеи минус 4мм, а на участках, где установлены скорости 50 км/ч и менее разрешены допуски +10 по уширению, - 4 по сужению. В пределах допусков ширина колеи должна изменяться плавно.
Подуклонка рельсов . В прямых участках пути рельсы устанавливают не вертикально, а с наклоном внутрь колеи, т. е. с подук-лонкой для передачи давления от конических колес по оси рельса. Коничность колес обусловлена тем, что подвижной состав с такими колесными парами оказывает гораздо большее сопротивление горизонтальным силам, направленным поперек пути, чем цилиндрические колеса, уменьшается «виляние» подвижного состава и чувствительность к неисправностям пути.
Переменная коничность поверхности катания колес от 1:20 к 1:7 придается во избежание появления желобчатого износа колес и для плавного перехода с одного пути на другой через стрелочный перевод. Рельсовые нити должны находиться на одном уровне. Допускаемые отклонения от нормы зависят от скорости движения поездов.
На длинных прямых разрешается содержать одну рельсовую нить постоянно на 6 мм выше другой. При таком положении рельсовых нитей колеса будут слегка прижаты к пониженной рихтовочной нити и двигаться более плавно. На двухпутных участках рихтовочной нити является междупутная нить, а на однопутных участках, как правило - правая по ходу километров.
Арендный блок
29)Уширение колеи и возвышение наружного рельса в кривых
На основе научных исследований, а также учета зарубежного опыта в 1970 г. в России было принято решение перейти на уменьшенную ширину колеи 1520 мм. Исследования показали, что при ширине колен 1520 мм с уменьшением зазора до оптимального значения 14 мм для локомотивов и 12 мм для вагонов поперечные силовые воздействия колес подвижного состава на путь уменьшаются до 94%. Наименьшее сопротивление движению также оказалось при ширине колеи 1520 мм. Допускаемые отклонения ширины колеи от нормы приняты не более +8 (по уширению) и – 4 мм (по сужению), а на участках, где установлены скорости движения 50 км/ч и менее, – не более +10 и -4 мм. В соответствии с приказом МПС № 6 Ц ширина колеи менее 1512 мм и более 1548 мм не допускается. При ширине колеи менее 1512 мм возможно заклинивание колесной пары с максимальными ее размерами в расчетной плоскости. При ширине колеи более 1548 мм возникает опасность провала колес внутрь колеи, когда колесо покатится по головке рельса той частью бандажа, которая имеет коничность 1/7 (а не ‘/го) – при этом возникнет дополнительное распирание колеи и при плохом состоянии пути рельс может быть отжат наружу.
Положение рельсовых нитей по верху головок рельсов на прямых участках должно быть в одном уровне; разрешаются отклонения ± 6 мм. Допускается на всем протяжении прямых участков содержать одну рельсовую нить на 6 мм выше другой. На двухпутных линиях выше ставят наружную (бровочную) нить, так как она менее устойчива, чем междупутная; на однопутных – через каждые 4-5 лет меняют нить, расположенную выше другой (для меньшего ослабления концов шпал из-за перешивок). Отклонения от нормативного положения рельсовых нитей как по ширине колеи, так и по уровню не должны превышать 1 мм; на 1 м длины пути при скоростях движения до 140 км/ч и 1 мм на 1,5 м при скоростях более 140 км/ч.
Подуклонкой рельсов называют их наклон внутрь колеи по отношению к верхней плоскости (постели) шпал. Подуклонка 1:20 соответствует коничности основной поверхности катания колес. Подуклонка обоих рельсов в прямых, а наружных рельсов в кривых участках должна быть не менее 1:60 и не более 1:12, а внутренней нити в кривых при возвышении наружного рельса св. 85 мм -не менее 1:30 и не более 1:12. На деревянных шпалах подуклонка рельсов обеспечивается, как правило, укладкой клинчатых подкладок, а на железобетонных основаниях – наклоном опорной подрельсовой площадки шпал или блока.
При движении подвижного состава в кривых появляются дополнительные поперечные силы – центробежные, направляющие, боковые, рамные. Поэтому РК в кривых пути имеет следующие особенности: уширение колеи при радиусе кривой менее 350 м и укладка контррельсов в необходимых случаях, возвышение наружного рельса, устройство переходных кривых, укладка укороченных рельсов на внутренней нити, увеличение расстояний между смежными путями.
Различают минимальную, оптимальную и максимальную ширину колеи в кривых. Минимально допустимая ширина колеи должна обеспечивать техническую возможность вписывания в кривые экипажей с большой жесткой базой. При оптимальной ширине колеи имеет место свободное вписывание массовых экипажей (вагонов). Максимальная ширина колеи определяется из условия надежного предотвращения провала колес подвижного состава внутрь колеи. В соответствии с приказом МПС РФ № 6 Ц от 6.03.96 установлен номинальный размер ширины колеи между внутренними гранями головок рельсов на прямых участках и в кривых радиусом 350 м и более 1520 мм, при радиусах 349-300 м -1530 мм (в т. ч. на железобетонных шпалах -1520 мм), при радиусах 299 м и менее -1535 мм.
На участках ж. д., где комплексная замена рельсошпальной решетки не проводилась, допускается на участках пути с деревянными шпалами в прямых и кривых радиусом более 650 м номинальная ширина колеи 1524 мм. При этом на более крутых кривых принимается ширина колеи: при радиусе 649-450 м – 1530 мм, 449-350 м – 1535 мм, 349 и менее -1540 мм. Допускаемые отклонения от номинальных размеров не должны превышать по уширению +8 мм и по сужению – 4 мм при скорости 50 км/ч и более; соответственно +10 и -4 мм – при скорости менее 50 км/ч. При отводе уширения колеи уклон должен быть не круче 1 мм/м.
При проходе подвижного состава по кривым возникают центробежные силы, стремящиеся опрокинуть экипаж наружу кривой. Это может произойти лишь в исключительных случаях. Однако центробежная сила неблагоприятно действует на пассажиров, вызывает боковое воздействие на путь, перераспределение вертикальных давлений на рельсы обеих нитей и перегруз наружной нити, что приводит к усиленному боковому износу рельсов и гребней колес. Кроме того, возможны раскантовка рельсов, уширение колеи или поперечный сдвиг рельсошпальной решетки, т. е. расстройство положения пути в плане. Во избежание указанных явлений устраивают возвышение наружной рельсовой нити над внутренней. Возвышение наружного рельса рассчитывается исходя из двух требований: обеспечения одинакового давления колес на наружную и внутреннюю рельсовые нити, а следовательно, одинакового вертикального износа обоих рельсов; обеспечения комфортности езды пассажиров, характеризуемой допускаемым непогашенным центробежным ускорением. По нормам МПС допускаемая величина непогашенного ускорения составляет для пассажирских поездов 0,7 м/с2 (в отдельных случаях с разрешения МПС – 1 м/с2), а для грузовых поездов – +0,3 м/с2. Возвышение наружного рельса устраивается в кривых радиусом 4000 м и менее. В основу расчета положено стремление обеспечить равенство поперечных составляющих центробежной силы и веса экипажа G, т. е. Lcosoc = Gsinа (рис. 3.77). Это достигается изменением угла наклона а расчетной плоскости к горизонту или возвышением наружного рельса.
Величина возвышения (в мм) определяется по формуле: Л= 12,5Vприв2/R, где Vприв – приведенная скорость поездопотока, км/ч; R – радиус кривой, м. Приведенная скорость поездопотока где О, – масса поезда данного вида, т брутто; щ – суточное количество поездов каждого вида; Vlcp – средняя скорость движения поездов каждого вида в кривой (по скоростемерным лентам). Величина возвышения также проверяется из условия комфортности по формуле: hmm = (i2,5Vlaxnac/R-U5, где hmm – минимальное расчетное возвышение наружного рельса, мм; Vmax пас – максимальная допускаемая скорость пассажирского поезда, км/ч; R – радиус кривой, м; 115 – величина допускаемого максимального недовозвышения наружного рельса с учетом нормы непогашенного ускорения 0,7 м/с2. Из полученных по формулам величин возвышения принимается большая и округляется до значения, кратного 5. Максимальная величина возвышения на сети ж. д. РФ – 150 мм. Если по расчету получается ббльшая величина, то принимают 150 мм и ограничивают скорость движения в кривой до
Обычно возвышение наружного рельса устраивают его поднятием путем увеличения толщины балласта под наружной рельсовой нитью. Однако в ряде случаев целесообразно поднять наружную нитку на V2 расчетного возвышения и на такую же величину опустить внутреннюю нитку. В этом случае улучшается комфортность езды пассажиров и уменьшаются динамические воздействия на путь.
Переходные кривые обеспечивают плавное возрастание центробежной силы при переходе подвижного состава из прямой в круговую кривую или из круговой кривой одного радиуса в кривую другого (меньшего) радиуса. Кроме того, в пределах переходной кривой устраивают отвод возвышения наружного рельса и отвод уширения колеи (при радиусе менее 350 м). Плавное возрастание центробежной силы обеспечивается плавным изменением радиуса от бесконечности до величины радиуса круговой кривой. Этому условию наиболее удовлетворяет радиоидальная спираль (клотоида) или ее ближайшее приближение – кубическая парабола. Длина переходной кривой определяется рядом условий, которые можно разделить на 3 группы. Первая группа требует наибольшей длины переходной кривой, связана с отводом возвышения наружного рельса: предотвратить сход колес с рельсов внутренней нити, ограничить вертикальную составляющую скорости подъема колеса на возвышение, ограничить скорость нарастания непогашенной части центробежного ускорения. Вторая группа связана с наличием зазоров между гребнями колес и рельсовыми нитями, а также с потерей кинетической энергии при ударе колеса первой оси о рельс наружной нити. Третья группа учитывает необходимость обеспечения практической возможности разбивки переходной кривой на местности и дальнейшего исправного ее содержания.
На новых скоростных линиях, а также линиях I и II категорий длины переходных кривых /0 определяют из условия: /0 = = /штах/100, где h – возвышение наружного рельса (мм), a vm3LX – скорость движения (км/ч) наиболее быстроходного поезда в данной кривой. В соответствии с СТН Ц-01-95 уклон отвода возвышения наружного рельса обычно принимают не более 1 %о, а в трудных условиях на особогрузонапряженных линиях и на линиях III и IV категорий – не более 2%о, на подъездных путях – 3%>. Длины переходных кривых находятся в пределах от 20 до 180 м с интервалами между ними 10 м (зависят от категории линии и скоростей движения поездов по кривым). Различают следующие способы разбивки переходных кривых’ способ сдвижки круговой кривой вовнутрь, способ введения дополнительных круговых кривых меньшего радиуса, чем радиус основной кривой; способ смещения центра кривой и изменение радиуса.
В связи с тем, что на ж. д. РФ принято расположение стыков по наугольнику, каждый рельс внутренней нити кривой должен быть короче соответствующего наружного рельса. Допуская некоторое несовпадение стыков по наугольнику, устанавливают несколько типов стандартных укорочений рельсов: 40, 80 и 120 мм для рельсов длиной 12,5 м и 80 и 160 мм для 25-метровых рельсов. Количество и порядок укладки укороченных рельсов рассчитывают в зависимости от радиуса кривой, угла ее поворота, длины и параметра переходных кривых. Полное укорочение на переходной (21К) и круговой (кк) кривой определяется формулами:
где S – расстояние между осями рельсов, 1,6 м; /0 и /кк - соответственно длины переходной и круговой кривой, м; С – параметр переходной кривой, м2. Расчетное (стандартное) укорочение каждого внутреннего рельса по отношению к наружному 25-метровому: ^CI = S-2b/R. Величина фактического укорочения принимается стандартной или близкой к ней (но не меньше стандартной).
На двухпутных линиях для обеспечения безопасности движения поездов по условиям габарита расстояние между осями путей должно быть увеличено. Это увеличение осуществляют двумя способами. В первом случае на прямой перед переходной кривой вводится дополнительная S-образная кривая, за счет которой сдвигается ось пути (рис. 3.78,а). Недостаток способа – появление двух дополнительных кривых с каждой стороны основной кривой. Второй способ {разных сдвижек) предпочтительнее; состоит в том, что длина и параметр переходной кривой внутреннего пути принимаются больше, чем наружного, сдвижка внутреннего пути будет больше, чем наружнопо (рис. 3.78,6). Требуемое уширение междупутья определяют расчетом или по таблицам.
Положение рельсовых нитей по верху головок рельсов на прямых участках должно быть в одном уровне. Различают минимальную, оптимальную и максимальную ширину колеи в кривых.
У нас самая большая информационная база в рунете, поэтому Вы всегда можете найти походите запросы
Ширина колеи – 1520 мм. Допускаемые отклонения +8 и -4 мм, а на участках, где установлена скорость движения 50км\ч и менее, - не более +10 и -4 мм.На дорогах всего мира, эксплуатационная длина которых составляет около 1200 тыс км, применяется около 30 размеров ширины колеи.Принято считать ширину колеи 1435 (1430) мм нормальной – она составляет 62% мировой длины сети дорог, больше её – широкой и меньше её – узкой колеей. После колеи шириной 1435 мм наиболее распространенными размерами колем являются – 1675, 1524(1520 мм), 1067мм, 1000мм. Другие размеры ширины колеи совместно составляют около 5%.
Особенности рельсовой колеи в кривых. Ширина рельсовой колеи в кривых.
Уширение рельсовой колеи при радиусах менее 350м.
По наружной рельсовой колеи при кривой устанавливается возвышение
Прямые участки с круговыми кривыми соединяются переходными кривыми. Переходные кривые устраиваются и между кривыми разных радиусов.
По внутренней рельсовой нити кривой для обеспечения расположения стыков напротив друг друга укладываются укороченные рельсы
В кривых участках пути на двухпутных линиях устраиваются уширенные междупутья. Уширение осуществляется в пределах переходных кривых.
Уширение или ширина колеи в кривой определяется расчетом вписывания железнодорожных экипажей в кривую, исходя из следующих двух условий:
Ширина колеи должна быть оптимальной, т.е. обеспечивать наименьшее сопротивление движению поездов , наименьший износ рельсов и колес, предохранять рельсы и колеса от повреждаемости и путь от искажения в плане, не допускать провала колес между рельсовыми нитями.
Ширина колеи не должна быть меньше минимально допускаемой, т.е. должна исключать заклинивание ходовых частей экипажей между наружной и внутренней рельсовыми нитями.
Определение оптимальной ширины колеи в кривой.
Во всех случаях определенная расчетном ширина рельсовой колеи не должна превышать максимальной ширины колеи S мах = 1535мм.
Если расчетная ширина колеи S получит значение больше максимального значения S мах, следует перейти к определению минимально допустимой ширины колеи, приняв соответствующую расчетную схему.
Если расчетная ширина колеи S получится меньше нормальной ширины на прямом участке пути (S 0 = 1520мм), то это будет означать, что конструктивные размеры и особенности ходовых частей рассматриваемого экипажа позволяют ему проходить кривую данного радиуса без уширения ее колеи. В таком случае ширина колеи S должна приниматься по ПТЭ в зависимости от величины радиуса.
Определение минимально допустимой ширины колеи.
S min = q max = T max + 2h max + 2µ (5)
При определении минимально допустимой ширины колеи возможны следующие случаи:
Если S min ≤ S птэ, то вписывание обеспечено. При этом сопоставление друг с другом всех трех значений ширины колеи S min , S птэ и S опт позволяет ориентировочно оценить условия, в которых будет происходить реальное вписывание, т.е. к какому виду вписывания оно будет ближе, к свободному или к заклиненному.
Если S min > S птэ, то этот случай в свою очередь распадается на следующие два:
Если S min провала колес внутрь колеи, то для пропуска рассматриваемого экипажа требуется перешивка пути с размера S птэ на расчетную величину S min (по разрешению Н).
Если S min S max , то для пропуска экипажа требуется перешивка колеи на расчетную величину; при этом для предупреждения провала колес внутрь колеи укладываются контррельсы.
Возвышение наружного рельса, исходя из особенностей одинакового вертикального износа обоих рельсов.
Во избежание указанных явлений устраивают возвышение наружной рельсовой нити над внутренней.
Для обеспечения одинакового вертикального износа обеих нитей необходимо, чтобы сумма нормальных давлений от всех поездов на наружную нить равнялась сумме нормальных давлений от тех же поездов на внутреннюю нить
Таким образом необходимо, чтобы:
ΣЕ н = ΣЕ в
Центробежная сила при движении экипажа массой m по кривой радиусом R со скоростью V будет определяться выражением:
Где G – вес экипажа
Возвышение наружного рельса, исходя из обеспечения комфортабельности езды пассажиров.
Откуда (25)
Здесь а нд – допустимая величина непогашенного центробежного ускорения. Согласно нормативам а нд принимается равным для пассажирских поездов 0,7 м\с 2 (в отдельных случаях а ан = 1,0 м\с 2), а для грузовых поездов а нд = ±0,3 м\с 2 .
Принимая S1 = 1,6м, g = 9,81 м\с 2 , V – км\ч, h – мм, получим:
163а нд (26)
Максимальная величина возвышения наружного рельса на отечественных дорогах принята равной 150мм. Если по расчету получится большая величина, принимают 150 мм и ограничивают скорость движения по кривой из уравнения (26)
При а нд = 0,7 м\с 2 и h= 150мм
Нормы возвышения наружного рельса.
Для пассажирских поездов
Для грузовых поездов
Для потока поездов
Где, V max п и V max гр – максимальные скорости соответственно пассажирских и грузовых поездов, установленные приказом начальника дороги.
V пр – средняя приведенная скорость поездов потока.
R – радиус кривой.
При определении возвышения по формуле (29) рациональная работа пути обеспечивается при скоростях движения потока грузовых поездов , лежащих в пределах
Что соответствует уровню непогашенных ускорений пассажирских поездов а нп = 0,7 м\с 2 и грузовых поездов а н гр = ±0,3 м\с 2 .
Основные требования к устройству и содержанию переходных кривых.
В пределах переходной кривой плавно увеличивается возвышение наружного рельса от 0 до h в КПК; делается отвод уширения колеи, если последнее имеется в круговой кривой.
Основные требования к устройству и содержанию ПК сводятся к тому, чтобы появляющиеся, развивающиеся и исчезающие силовые факторы (ускорения, силы, моменты) в пределах длины R ПК изменялись постепенно и монотонно , с заданным графиком, а в начале и в конце ПК они были равны нулю, что обеспечивается при соблюдении требований.
В НПК y,φ и к = 0, КПК эти параметры не ограничиваются.
В НПК и КПК эти производные равны нулю.
Первые три требования о недопустимости внезапных изменений в НПК, КПК и на протяжении переходной кривой (рис.2) ординат у , углов поворотов φ и кривизны к по монотонности их изменения. Выполнение всех пяти требований создает наилучшее условия прохода подвижного состава по кривым, что особенно важно при высоких скоростях движения.
Физический параметр переходной кривой.
При l = l 0 в КПК ρ= R и
(6)
Здесь С – параметр (геометрический) переходной кривой.
Проектирование переходных кривых методом сдвижении.
FT = AO = Ptg β/2
Откуда
m 0 = m + Ptg β/2
Неизвестные величины m и Р определятся как:
Зная положение начала переходной кривой НПК, координаты ее конца (Х 0 ,у 0) в точке КПК вычисляем по уравнению радиодальной спирали в параметрической форме
Укороченные рельсы на внутренней нити.
Для каждой кривой выбираются тип укорочения, количество и порядок укладки укороченных рельсов. Для рельсов Р65 установлено два типа укорочений: 80мм и 160мм.
Выбор типа укороченных рельсов для данной кривой производится по формуле:
Где S 1 – ширина колеи по оси головки рельсов в пределах круговой кривой:
S птэ – нормативная ширина колеи в кривых в зависимости от радиуса;
Вычислив величину укорочения по формуле (1) принимаем ближайшее большее стандартное укорочение. Необходимое количество укороченных рельсов принятого размера определим из выражения:
Укороченные рельсы укладываются в тех местах кривой, где накапливающийся забег стыков достигает половины принятого стандартного укорочения.
Уширение междупутных расстояний в кривых.
Это увеличение осуществляется разными способами. Один из способов заключается в том, что междупутное расстояние увеличивают с 4,1 м до 4,1 + А 0 на прямых перед каждой переходной кривой введением дополнительных S-образных кривых.
Этот способ применяют редко, так как он имеет крупный недостаток: на отодвигаемом пути появляется по две кривые с каждой стороны основной кривой, хотя и большого радиуса.Другой способ (способ разных сдвижек) состоит в том, что применяют разные параметры С переходных кривых наружного пути. Устраивают обычным порядком, параметр С переходной кривой внутреннего пути подбирают таким образом, чтобы сдвижка внутренней круговой кривой Р в была равна сдвижке круговой кривой наружного пути плюс А 0 , т.е.
Р в = Р н + А 0
Классификация соединений и пересечений путей.
|
Соединения и пересечения |
|||
|
Стрелочные переводы |
Глухие пересечения |
Соединения путей |
Поворотные устройства |
|
Одиночные |
Прямоугольные |
Стрелочные улицы |
Треугольники |
|
Двойные |
Косоугольные |
Съезды |
Петли |
|
Перекрестные |
Криволинейные |
Сплетения |
Круги |
|
Совмещенные | |||
Классификация стрелочных переводов и глухих пересечений.
Одиночные
Односторонние обыкновенные (наиболее распространенные на сети дорог и чаще всего употребляются на главных и станционных путях)
Разносторонние симметричные
Несимметричные односторонней кривизны
Двойные
Односторонние
Разносторонние симметричные
Разносторонние несимметричные
Перекрестные
Одиночные
Двойные
Совмещенные
При совмещении двух колей разных размеров
При сплетении стрелочных переводов
Основные элементы обыкновенных стрелочных переводов.
К основным элементам обыкновенного одиночного стрелочного перевода относятся:
Стрелка
Крестовина с контррельсами и путевыми приконтррельсовыми рельсами.
Соединительные пути
Подрельсовые основания
Переводной механизм и его гарнитура
Особенности конструкции стрелочных переводов и требования, предъявляемые к ним
Стрелочные переводы являются ключевыми конструкциями пути как повышение скоростей движения поездов, повышение провозной м пропускной способности железных дорог. Исследования показали, что без наличия стрелочных переводов позволяющих реализовать установленную на перегоне скорость, практически нельзя решить задачу об увеличении скорости на участке в целом, да и на перегоне в частности.
Определение основных геометрических размеров обыкновенных стрелочных переводов с прямым остряком.
Определить радиус переводной кривой R.
Длину прямой вставки k перед математическим центром крестовины
Теоретическую L T длину перевода
Практическую L П длину перевода.
Осевые размеры перевода а и b .
n - длина передней – усовой – части крестовины
m – длина хвостовой части крестовины
O k – математический центр или острие крестовины
S 0 – нормальная ширина колеи
l остр – длина остряка
β – стрелочный угол
q – передний вылет рамного рельса
L T - теоретическая длина стрелочного перевода – расстояние от начала остряков до математического центра крестовины, измеренное по рабочей грани рамного рельса или по оси прямого пути.
O c – центр стрелочного перевода – пересечение осей прямого и бокового путей
a – расстояние от переднего стыка рамных рельсов до центра стрелочного перевода , измеренное по оси прямого пути
b – расстояние от центра С.П. до хвостового стыка крестовины, измеренное по оси любого пути перевода.
O – центр переводной кривой
L П – полная или практическая длина С.П. от переднего стыка рамных рельсов о хвостового стыка крестовины.
Примем в прямоугольной системе координат ось У-У, проходящей через математический центр крестовины, и ось Х-Х совместим с рабочей гранью наружной нити прямого пути.
Спроектируем контур АВСО К на эти взаимно перпендикулярные оси. Но предварительно для этой сделаем следующие дополнительные построения.
Из центра переводной кривой, т.е. из точки О, восстановим радиус – перпендикуляр к рабочей грани рамного рельса ; из точек В и С опустим перпендикуляры на этот радиус –перпендикуляр соответственно в точках В 1 и С 1 . В результате чего получится прямоугольный треугольник ОВ 1 В с прямым углом β при вершине О, а также ОС 1 С прямым углом при вершине С 1 и с углом крестовины α при вершине О.
Теоретическая длина перевода , как видно из рисунка, представляет собой проекцию контура АВСО К на горизонтальную ось , т.е.
(1)
Но В 2 С = С 1 С – В 2 С 1 = С 1 С – В 1 В
Из треугольника ОС 1 С: С 1 С = R sinα
Из треугольника ОВ 1 В: В 1 В = R sin
Из треугольника О к С 2 С: С 2 О К = k cosα
Следовательно, после подстановки в уравнение (1) значений В 2 С и С 2 О К получим:
L T = l остр со s β+ R (sinα - sin β)+ k cosα (2)
Проекция того же контура АВСО К на вертикальную ось будет нормальной шириной колеи против крестовины, т.е.
S 0 = l остр sin β + В 1 С 1 + СС 2 (3)
Но В 1 С 1 = ОВ 1 - ОС 1
Из треугольника ОВ 1 В: ОВ 1 = R cos β
Из треугольника ОС 1 С: ОС 1 = R cosα
Из треугольника О К С 2 С: СС 2 = k sinα
Таким образом, подставив в выражение (3) значения В 1 С 1 и СС 2 , найдем ширину колеи в крестовине: S 0 = l остр sin β + R (cos β - cos α) + k sinα
Полная или практическая длина стрелочного перевода: L П = q + L T + m (5)
Радиус R и длину прямой вставки перед крестовиной k определяют в зависимости от того, какие параметры известны или заданы.