Расчет пути на прочность и устойчивость

где  Р_р – максимальное значение вертикальных сил, вызываемых колебаниями рессор, кгс.

                                 ,                                    (1.11)

где  a₀=0,433 для пути с железобетонными шпалами;

x – максимальный дополнительный прогиб рельса при прохождении колесом косинусоидальной неровности, принимается исходя из сопоставления рассматриваемой скорости движения поезда V, км/ч, с критической скоростью V_кр, км/ч:

                       ,         (1.12)

в противном случае:

                              ,                  (1.13)

где g – ускорение силы тяжести g=981 см/с²;

 е₀ – величина наибольшей расчётной глубины изолированной неровности на колесе, принимается равной 2/3 от предельно допустимой глубины ползуна и составляет для колёс локомотивов 0,047 см при буксовых подшипниках качения.

Среднее квадратическое отклонение S_ннк, кгс, определяется по формуле

                            ,                             (1.14)

где d – диаметр колеса по кругу катания, для локомотива 2ТЭ10Л d=105см.

Детальные многовариантные  расчеты пути на прочность и устойчивость в прямых и кривых от расчетного экипажа производятся на ЭВМ.

Программа расчета пути на прочность и устойчивость дает возможность определять составляющие вертикальных сил, действующих на путь, напряжения в элементах верхнего строения пути и на основной площадке земляного полотна в зависимости от высоты балласта, как в летних, так и в зимних условиях при различных скоростях подвижного состава.

 

1.5 Детальный расчёт пути на устойчивость на ЭВМ

 

Основной особенностью температурной  работы бесстыкового пути является наличие  в рельсовых плетях значительных продольных усилий, вызываемых изменениями температуры. При повышении температуры рельсовых плетей по сравнению с температурой их закрепления на постоянную эксплуатацию в пути в них возникают продольные силы сжатия, обуславливаемые наличием сопротивления перемещению концов рельсовых плетей, создаваемого закреплёнными болтами, стыковыми накладками (стыковое сопротивление – Rст), и погонным сопротивлением сдвигу рельсов по подкладкам и сдвигу путевой решётки по балласту. Соответственно при понижении температуры рельсовых плетей по сравнению с температурой их закрепления в них возникают силы растяжения, возникновение которых обуславливается теми же причинами, что и при возникновении сил сжатия. Силы сжатия летом могут вызывать выброс пути; силы растяжения зимой могут привести к срезу стыковых болтов по концам плетей. Величина сжимающей обе рельсовые нити бесстыкового пути силы, при достижении которой рельсо-шпальная решётка теряет устойчивость и происходит температурный выброс пути, носит названия критической для данной конструкции пути.

Величина критической силы может  быть определена по формулам К.Н.Мищенко, С.П.Першина и экспериментальным  данным ЦНИИ МПС.

Расчет по формулам С.П.Першина:

,                                       (1.15)

где i₀ – средний уклон начальной неровности, %;

А,µ – параметры зависящие от радиуса кривой и типа рельсов;

 К₁ – коэффициент, учитывающий форму и характер начальных неровностей, принимается равным 1,0 – 1,1;

       К₂ – коэффициент, учитывающий состояние балласта, принимается равным 0,9 – 1,1; 

        К₃ – коэффициент, учитывающий эпюру шпал: 1600, 1840, 2000 шт/км, соответственно 0,91; 1,0; 1,07.

Найдя значение критической  силы Р_к, определяется наибольшая допустимая сжимающая сила, по формуле

(Р₀)max=(Р_K)min/1,5;                                         (1.16)

Соответствующие ей допускаемые  приращения температуры (по условию  устойчивости) по сравнению с температурой закрепления рельсовых плетей:

Δt_y=(Р_O)max/50F;                                             (1.17)

Критические силы, определенные в результате расчета на ЭВМ, результаты которых представлены в приложении А, равны соответственно:

Р_к1=202051 кгс, Р_к2=238544 кгс, Р_к3=249247 кгс;

Р_к1=208938 кгс, Р_к2=217890 кгс, Р_к3=259765 кгс;

Расчет ведем по формулам К.Н.Мищенко. Решение задачи проводится методом последовательного приближения, задаваясь ориентировочными значениями.

Для обеспечения устойчивости рельсовой колеи требуется, чтобы  возникающие в ней продольные сжимающие силы не превосходили критических, при которых возможен выброс пути.

Значение критической силы Р_к зависит от конструкции, состояния пути и от плана пути.

Возможность выброса бесстыкового пути в бок на прямом участке:

                         (1.18)

                                          

Возможность выброса пути в бок  на кривой:

                       (1.19)

                                                     

Возможность выброса пути вверх:

                      (1.20)

                                                       

где Р_К – продольная сжимающая критическая сила, действующая в рельсах, при которой возможна потеря устойчивости, кгс;

F – площадь поперечного сечения рельса, см² ;

–момент инерции рельсошпальной решетки в горизонтальной плоскости относительно вертикальной оси, см⁴;

Е – модуль упругости рельсовой стали, Е=2,1·10⁶ кгс/см²;

l_K – длина волны искривления пути при выбросе, см;

g – погонное сопротивление поперечному перемещению рельсошпальной решетки, кгс/см [1, приложение 12];

p – погонное сопротивление продольному перемещению рельсошпальной решетки, кгс/см [1, приложение 12];

R – наименьший радиус кривой на участке укладке бесстыкового пути,м;

IB – момент инерции рельса относительно его центральной горизонтальной оси, проходящей чрез центр тяжести, см⁴ [1, приложение 12].

Как правило критические  силы Р_К1, Р_К2, Р_К3 определяются при решении системы уравнений (1.18) – (1.20) методом итерации. За расчетную величину продольной сжимающей силы принимается наименьшее значение критической силы из рассмотренных трех случаев.

Для дальнейших расчетов принимается наименьшая критическая сила по условию выброса в бок на прямой Р_К1=202051 кгс.

Результаты расчета  пути на прочность и устойчивость представлены в приложении А.

 

1.6 Анализ результатов  расчета на ЭВМ и выводы

 

Как видно из результатов  расчёта пути на прочность (приложение А) от воздействия локомотива 2ТЭ10Л:

– наибольшее значения кромочных  напряжений в подошве s_п-к и головке рельса s_г-к типа Р65 на железобетонных шпалах соответствуют скорости движения локомотива 90 км/ч в пределах кривой (для лета) и составляют 1054 кгс/см², что значительно меньше  допускаемой по условию прочности величины напряжений в рельсах [s_р]=3000 кгс/см². Исходя из этого, предварительно можно считать, что и суммарные нормальные напряжения в рельсах от воздействия поездной нагрузки и изменения температуры рельсов по сравнению с температурой их закрепления также не превысят допускаемой величины;

• наибольшее значение действующего напряжения под подкладкой в шпалах s_ш соответствует максимальной скорости движения локомотива 120 км/ч в пределах прямого участка (для зимы) и составляет 25 кгс/см²;

– наибольшее среднее  напряжение в балластном слое под  шпалами в подрельсовом сечении s_б соответствует максимальной скорости движения локомотива 90 км/ч в пределах прямого участка (для зимы) и составляет 4,1 кгс/см², что меньше рекомендуемого предела от локомотивной нагрузки для щебня фракций 25-70 мм – 5,0 кгс/см²;

– наибольшее напряжение на основной площадке земляного полотна s_h наблюдается при максимальной скорости локомотива (90 км/ч) в пределах прямого участка (для зимы) и составляет 1,8 кгс/см² – при толщине балластного слоя под шпалой, соответствующей принятой конструкции верхнего строения пути – 20 см.

Таким образом, напряжения от локомотива 2ТЭ10Л: при скорости 90 км/ч во всех элементах верхнего и нижнего строения пути принятой конструкции не превышают допускаемых. Следовательно, прочность всех элементов верхнего строения пути позволяет обеспечивать по рассматриваемому участку пропуск грузовых поездов со скоростью 90 км/ч.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Организация текущего  содержания в дистанции пути

 

2.1 Минская дистанция  пути и ее назначение

 

На основании Закона о государственном предприятии  на железной дороге основными предприятиями  путевого хозяйства являются дистанции  пути (ПЧ) и путевые станции (ПМС).

Предприятие несет полную ответственность за соблюдение интересов государства и прав граждан, сохранность собственности, выполнение принятых обязательств и обеспечение уровня рентабельности, необходимого для работы в условиях хозрасчета и самофинансирования, укрепляет государственную, производственную и трудовую дисциплину.

Основные задачи дистанции  пути:

– содержание всех элементов железнодорожного пути в состоянии, обеспечивающем безопасное и бесперебойное движение поездов с установленными скоростями;

– своевременное выполнение планово-предупредительных работ и устранение причин, вызывающих неисправности пути, земляного полотна и искусственных сооружений;

– внедрение в производство достижений науки, техники, передовой технологии, а также эффективное использование производственных мощностей, машин и механизмов, повышение уровня механизации путевых работ;

– проведение мер по улучшению условий труда, соблюдение правил техники безопасности и производственной санитарии, осуществление надзора за содержанием железнодорожной полосы отвода.

Для выполнения производственной деятельности ПЧ наделяется основными фондами и оборотными средствами. 95% стоимости основных фондов составляет железнодорожный путь. Текущим содержанием пути заняты примерно 70% работников. Остальные 30% обеспечивают содержание искусственных сооружений, переездов, а также сюда входит аппарат управления, контроля состояния пути и хозяйственные работники.

Производственно-хозяйственная  деятельность ПЧ осуществляется на основе плана экономического и социального развития. В качестве основы для формирования плана она использует контрольные цифры, утвержденные отделением дороги.

Контрольные цифры: прибыль, рост производительности труда.

Утверждаемые показатели: объем работ по текущему содержанию пути; бальная оценка пути; показатель скорости движения поездов.

Минская дистанция пути (ПЧ-3) обслуживает четыре направления: на Барановичи, Борисов, Молодечно, Осиповичи.(приложение Б)

В 1970 году дистанция пути перешла  на участковую структуру. Текущее содержание пути, искусственных сооружений и зданий осуществляется 5 участками, 19 околотками, 69 путевыми бригадами, мостовой бригадой, строительной группой, механическим цехом мастерских и  цехом дефектоскопии.(приложение В)

Развернутая длина путей: главных – 409,8 км, станционных – 263,4 км, подъездных – 109,7 км. Всего – 782,9 км.

Протяженность бесстыкового пути составляет 334,3 км. Мощность рельсов  в бесстыковом пути типа Р-65. Протяжение пути на железобетонных шпалах на главных  путях–392,2 км, на станционных –109,2 км, на подъездных – 34,6 км.

Всего на дистанции пути эксплуатируется 1159 стрелочный перевод, в том числе: в главных путях – 323 стрелочных перевода, в приемо-отправочных путях – 250 стрелочных переводов, в прочих путях – 387стрелочных переводов, в подъездных путях –199 стрелочных переводов, 15 глухих пересечений, 47 башмакосбрасывателей и 6 крестовин, свободно лежащих на станции Минск-Сортировочный и станции Степянка. Из общего числа стрелочных переводов одиночных – 1060 шт,  двойных перекрестных - 34шт, симметричных – 63 шт.

Электрической централизацией оборудована 975 стрелок, в том числе на главных – 372 шт, на приемо-отправочных – 283 шт, на подъездных путях – 19. Пневмообдувкой оборудовано 274 стрелочных перевода, электрообогревом – 61стрелочный перевод.

Всего железнодорожных  переездов – 69, в том числе: на главных и станционных путях – 47 шт., на подъездных путях – 22 шт. Переездов с дежурным работником на главных путях – 6 шт., на станционных – 2шт., охрана других служб и на Малой Детской ж.д. – 1 шт. Автоматической светофорной сигнализацией оборудовано 29 переездов. Всего нерегулируемых переездов – 31 шт.

На дистанции эксплуатируется 5,1 тыс. изостыков.

Средняя грузонапряженность на главных путях дистанции составляет 24,3 млн.тонн бр.на км. На участках, обслуживаемых дистанцией, осуществляется тепловозная и электрическая тяга, грузовое движение – локомотивами  2ТЭ-10, ВЛ-80, пассажирское ТЭП-60, ЧС-4, пригородное – электропоездами.