севостьянова2

Министерство транспорта Российской Федерации Федеральное агентство железнодорожного транспорта Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

Кафедра «Железнодорожный путь, основания и фундаменты»

Л.Л. Севостьянова

УСТРОЙСТВО, ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТЫ РЕЛЬСОВОЙ КОЛЕИ

Конспект лекций

В двух частях

Часть 2

Рекомендовано Методическим советом ДВГУПС в качестве учебного пособия

Хабаровск Издательство ДВГУПС

2010

ВВЕДЕНИЕ

Всоответствии с требованиями ПТЭ все элементы железнодорожно-

го пути должны обеспечивать безопасное и плавное движение поездов с наибольшими скоростями, установленными для данного участка.

Всовременных условиях работы ОАО «Российские железные доро- ги» перед работниками транспорта поставлены задачи по освоению воз- растающих перевозок грузов и пассажиров: повышать веса поездов, увеличивать скорости движения, повсеместно усиливать мощности же- лезнодорожного пути – укладывать бесстыковую конструкцию на желе- зобетонном основании.

Изменения условий эксплуатации железнодорожного пути требуют корректировки параметров рельсовой колеи в кривых с учетом особен- ностей устройства ее, а именно:

● устраивают возвышение наружной рельсовой нити для ней-

трализации вредного влияния центробежной силы приподнимают на- ружную рельсовую нить над внутренней;

● устраивают переходную кривую для обеспечения плавного

входа экипажа в круговую кривую и выхода из нее, между круговой кри- вой и прямыми;

●уширяют рельсовую колею для обеспечения прохода (вписыва- ния) тележек экипажей в кривые (R < 350 м);

●увеличивают междупутные расстояния для соблюдения требо-

ваний габарита подвижного состава (С) в кривых двухпутных линий;

●укладывают по внутренней нити укороченные рельсы для обес-

печения расположения рельсовых стыков в одном створе (по наугольнику).

Внекоторых случаях переустройство рельсовой колеи связано со сдвижками оси пути в поперечном направлении, при этом необходимо не только определить величины сдвижек пути, но и найти оптимальные решения, которые позволят использовать существующую ширину ос- новной площадки земляного полотна без устройства боковых присыпок.

Вконспекте лекций показана последовательность решения задач проектирования и расчетов рельсовой колеи в кривых участках пути, приведены требования к ее элементам, расчетные схемы, формулы и примеры расчетов.

При этом основное внимание обращается на формулирование цели расчетов и проектирования, обоснование принимаемых решений, ана- лиз полученных результатов, сравнение вариантов и аргументирован- ные выводы и предложения.

Конспект лекций издан в дополнение к разделу «Рельсовая колея» учебника «Железнодорожный путь» [1]. Содержание и последователь-

3

ность изложения материала соответствует сложившейся практике ре- шения задач в курсовом и дипломном проектировании в ДВГУПС.

Конспект рассчитан на студентов, разрабатывающих курсовые и ди- пломные проекты по разделу «Проектирование рельсовой колеи в кривых».

4

Лекция 1. ВОЗВЫШЕНИЕ НАРУЖНОГО РЕЛЬСА

План лекции:

1.1.Общие сведения.

1.2.Основные требования, нормативы, расчетные формулы.

1.3.Порядок определения возвышения наружного рельса в кривых.

1.4.Определение скоростей движения грузовых поездов статистиче- ским способом.

1.5.Методика определения возвышения наружного рельса в оди- ночных кривых на участках смешанного движения грузовых и пасса- жирских поездов.

1.6.Методика определения величины возвышения на участках с по- стоянной скоростью движения всех поездов.

1.7.Методика определения возвышения наружного рельса на участ- ках пригородного и пассажирского движения.

1.8.Примеры определения возвышения наружного рельса на участ- ках с предполагаемым изменением режимов движения поездов.

1.1. Общие сведения

На Российских железных дорогах протяженность кривых участков пу- ти составляет более 30 %, и на 98 % протяженности главных путей осу-

ществляется смешанное движение грузовых и пассажирских поездов со скоростями соответственно Vmax−гр до 140 км/ч и Vmax−пас до 200 км/ч [18].

При движении железнодорожного экипажа массой m по кривой ра- диусом R со скоростью V появляется сила инерции, которую называют центробежной силой, определяемой выражением

ное ускорение.

Эта сила оказывает боковое воздействие на путь, перераспределе- ние вертикальных давлений на рельсы обеих рельсовых нитей и пере- груз наружной. В результате влечет за собой усиленный износ рельсов наружной нити. Кроме того, центробежная сила может вызвать сдвиг (отбой) рельсовой нити по шпалам, разуклонку рельсов и в результате уширение колеи или сдвиг рельсошпальной решетки по балласту (нару- шение правильного положения пути в плане, т. е. нарушение рихтовки

5

пути). Негативное действие центробежной силы на этом не исчерпыва- ется. Эта сила является определяющей и при вписывании железнодо- рожного экипажа в кривую.

Горизонтально действующим силам пассажир будет сопротивляться с большим напряжением, особенно имея в виду внезапность их воздей- ствия, так как пассажир о въезде в кривую не знает.

Во избежание вредного влияния центробежной силы, в кривых при- поднимают наружную рельсовую нить над внутренней, т. е. устраивают возвышение наружной рельсовой нити (рис. 1.1). При этом искусственно создается противодействующая центробежной силе центростремитель- ная сила, которая равна горизонтальной составляющей веса экипажа,

определяемой по формуле

где G – вес экипажа; m – масса экипажа; g – ускорение силы тяжести; S1 – расстояние между осями рельсов; h – возвышение наружного рель-

са над внутренним; aцc – центростремительное ускорение.

Рис. 1.1. Положение экипажа в кривой с возвышением наружного рельса

6

Из рис. 1.1 видно, что силе Jcosα противодействует центростреми- тельная сила Н. Учитывая, что при максимально допускаемом возвыше- нии hmax = 150 мм и расстоянии между осями рельсов S1 = 1600 мм,

cosα = 0,999999 ≈ 1.

Поэтому разность между силами (центробежной и центростреми- тельной) составит

При этом надо иметь в виду, что ( +анп ) соответствует непогашенному центробежному ускорению, а ( −анп ) – центростремительному.

Исследования [17], проведенные «Отделением комплексных испыта- ний взаимодействия пути и подвижного состава», показали, что при движении экипажей в кривых на путь передаются горизонтальные попе- речные силы:

–направляющие определяют боковой износ головки рельсов и гребней колес, поскольку они главным образом передаются на рельс через гребень колеса;

–боковые силы вызывают изгиб и кручение рельсов, разуклонку

рельса, т. е. влияют на устойчивость рельсовых нитей и рельсовой ко- леи в целом;

– рамные силы, чрезмерно большие рамные силы могут вызвать поперечную сдвижку пути, поскольку эти силы являются внешними по отношению к пути.

Особенно важен в приведенных исследованиях [17] вывод о том, что

горизонтальные поперечные силы находятся в прямой зависимости от уровня непогашенных ускорений ±анп .

Поперечные непогашенные ускорения ±анп и непогашенные центро- бежные и центростремительные силы влияют:

–на определение норм устройства рельсовой колеи в кривых;

–характер воздействия экипажей на железнодорожный путь;

–вписывание тележек железнодорожных экипажей в кривые участки пути, т. е. на ширину колеи.

7

Поэтому динамический параметр [анп ] принят в качестве оце-

ночного при проектировании, устройстве и содержании рельсовой колеи в кривых.

Уравнение в общем виде, по которому рассчитывается возвышение наружной рельсовой нити над внутренней, определяется из формулы (1.5)

жести, g = 9,81м/ с2 ; V – скорость движения экипажа, км/ч; R – радиус кривой, м; aнп – непогашенное ускорение, м/с2; h – возвышение, мм.

Возвышение наружной рельсовой нити над внутренней обычно уст- раивают за счет поднятия ее с сохранением положения внутренней ни- ти неизменным.

Более целесообразно повысить наружную рельсовую нить на 0,5h и понизить внутреннюю на эту же величину. При прохождении таких кри- вых экипажи не изменяют из-за возвышения высотное положение своих центров тяжести, что особенно важно для линий с высокими скоростями движения. В тоннелях устройство возвышения таким способом дает эко- номию в их высотах.

1.2. Основные требования и нормативы, расчетные формулы

На дорогах России в основном преобладает смешанное движение. Это значит, что по одним и тем же кривым проходят поезда разного на- значения (пассажирские, скорые, грузовые, рефрижераторные и т. д.), с различными скоростями движения, с разным весом, силовым воздейст- вием на путь и т. п.

Поэтому при расчете возвышения наружного рельса следует выпол- нять ряд требований.

Требование первое.

При движении пассажирского поезда по кривой должно соблюдать-

только показателем комфортности движения для пассажиров, но и обеспечения безопасности движения поездов.

Так, на протяжении последних сорока лет все испытания нового и мо-

дернизированного подвижного состава и соответствующие приказы МПС по установлению допускаемых скоростей построены на основе требова- ния непревышения ускорения, равного 0,7 м/с2. (В испытаниях подвижно-

8

го состава контрольные заезды проводятся при анп = 0,8 ÷ 1 м/с2). Все га-

бариты в кривых приняты также из условия наклона кузова на рессорах при анп = 0,7 м/с2.

По первому требованию возвышение определяется по уравнению

(1.5). Для этого в уравнение подставляем: S1 – расстояние между осями рельсов (S1 = 1600 мм для колеи 1520, 1524 мм; S1 = 1139 мм для шири-

Величина возвышения наружного рельса, обеспечивающая соблю- дение первого требования для самого скорого пассажирского поезда,

определяется по формуле

Для ряда типов пассажирского подвижного состава с улучшенными динамическими качествами величина [анп ]Vmax −пас может быть в отдельных

Требование второе.

По технико-экономическим показателям для обеспечения ра-

циональных условий работы пути, при которых сохранится приемлемый уровень расстройств и износов элементов верхнего строения пути, грузовые поезда должны следовать по кривым со скоростями, соответст- вующими диапазону непогашенных ускорений [анп ]гр = ±0,3 м/с2.

Рациональный уровень непогашенного ускорения был утвержден указанием МПС № С-333У от 17 марта 1997 г. [1, с. 116], а затем Инст- рукцией по текущему содержанию железнодорожного пути ЦП774 [3].

9

Величина возвышения, соответствующая непогашенному ускорению

Величина возвышения, соответствующая непогашенному ускорению

В исключительных случаях с разрешения начальника дороги может быть допущено движение с непогашенным ускорением [анп ]Vmin−гр = −0,4 м/с2.

За такими кривыми устанавливается дополнительное наблюдение в части роста интенсивности износов и расстройств.

Величина возвышения, соответствующая этому непогашенному уско- рению, определяется по формуле

В формулах (1.7)÷(1.11) принята следующая размерность: скорость движения поездов – км/ч; радиус кривой – м; непогашенное ускорение – м/с2; возвышение – мм.

Таким образом, возвышение наружного рельса в кривых участках пу- ти со смешанным движением определяется условиями обеспечения:

безопасности движения поездов; комфортабельной езды пассажиров с максимально возможными скоростями движения; а также минимального силового воздействия грузовых поездов на путь.

1.3. Порядок определения возвышения наружного рельса в кривых

Возвышение наружного рельса на дорогах России устраивается в кривых R ≤ 4000 м. Согласно инструкции [3] возвышение с учетом до- пусков не должно превышать 150 мм.

10