Губенко ж.д.путь
.doc
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)
-
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 РIэкв.
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 РIIэкв
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 Рн.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 (Ри.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 , умах=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