Расчет пути на прочность

Для приближенной оценки изменения длины плети в сжатые сроки по времени можно посчитать как

тура закрепления бесстыковой плети.

Иногда возникает необходимость определения величины зазора при изломе плети (рис. 5.18).

Рис. 5.18. Эпюра продольных сил в бесстыковой плети при изломе

Величину зазора можно посчитать по следующей формуле

где – площадь эпюры разрядки напряжений при изломе плети,

Из этой зависимости можно определить среднее погонное сопротивление r при образовавшемся известном зазоре и сравнить его с нормативной или допускаемой величиной.

Согласно Инструкции [5] зазор, мм, при изломе рельсовой плети Р65 определяется по формуле

61

5.5.Контроль за усилием затяжек гаек и шурупов

впромежуточных скреплениях

Особое внимание при эксплуатации бесстыкового пути должно уделяться предотвращению угона плетей. Угон плетей приводит к концентрациям по их длине растягивающих или сжимающих усилий. Это может привести к температурному выбросу пути или к разрыву плетей или стыковых болтов.

Средний крутящий момент затяжки гаек болтов и шурупов промежуточных рельсовых скреплений не должен быть менее значений, приведенных в табл. 5.1. Монорегулятор скреплений АРС-4 при укладке бесстыкового пути должен быть установлен в третью позицию.

Контроль за величиной крутящего момента осуществляется динамометрическими ключами, анкерных скреплений – специальными приборами типа АпАТЭК-ИПК-1. Данный контроль должен производиться по обеим рельсовым нитям с внешней и внутренней стороны не менее чем на 10 шпалах подряд. На коротких плетях длиной до 800 м выбираются три зоны: на концевых участках на расстоянии 15–20 м от концов плетей и в средней части плети. На длинных плетях – на концевых участках и через каждые 500 м по длине плети.

При падении уровня затяжки болтов и шурупов ниже допускаемых значений назначается сплошное их подтягивание. При снижении усилий прижатия рельса к основанию скрепления АРС-4 до 15 кН монорегуляторы должны переводиться в четвертую позицию.

Контроль за усилием затяжки дополняется простукиванием молоточком. При обнаружении более 10 % ослабших болтов, шурупов, клемм назначается инструментальная проверка.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Из каких рельсов свариваются рельсовые плети для линий от 1-го до 5-го классов?

2.По каким признакам подбираются новые рельсы для их сварки в рельсовые плети?

3.Каковы нормы крутящих моментов на гайки стыковых болтов и промежуточных рельсовых скреплений?

4.Как определяются допускаемые температурные силы сжатия и растяжения в плетях бесстыкового пути?

5.Запишите условие прочности рельсов.

6.В каких случаях возможна укладка бесстыкового пути температур- но-напряженного типа?

7.Как определяется расчетный интервал температур для укладки и содержания бесстыковых плетей?

62

8.Как определяется критический радиус кривой, меньше которого необходим дополнительный расчет по снижению скорости движения поездов?

9.Чему равно несостоявшееся удлинение бесстыковой плети при пе-

репаде температур t = 45 С и длине плети 1850 м?

10. Как контролируется степень затяжки гаек или шурупов в промежуточном рельсовом скреплении на коротких и длинных рельсовых плетях?

Рекомендуемая литература [5, 10, 12].

Лекция 6 РАСЧЕТ УСТОЙЧИВОСТИ ПУТИ ПРОТИВ ПОПЕРЕЧНОГО СДВИГА

Поперечная устойчивость пути – основное условие безопасности движения поездов. В первую очередь оно определяется состоянием верхнего строения пути и характером силового воздействия подвижного состава на путь.

Поперечный сдвиг рельсошпальной решетки под поездом является прямой угрозой безопасности движения поездов. При неблагоприятных сочетаниях воздействующих на путь вертикальных и горизонтальных поперечных сил может произойти поперечный сдвиг рельсошпальной решетки по балласту, особенно загрязненному или находящемуся в талом состоянии.

Вероятность одновременного сочетания максимальных значений поперечных сил с максимальной или минимальной величиной вертикальных нагрузок близка к нулю. Наиболее неблагоприятным случаем будет воздействие направляющей оси первой тележки на наружный рельс кривой. Поэтому горизонтальные поперечные (боковые) силы Yб прини-

маются максимально вероятными, а вертикальные нагрузки – средними,

Рис. 6.1. Расчетная схема для определения поперечной устойчивости пути

63

На расчетной схеме приведены следующие обозначения: P1 и P2 – вертикальная нагрузка от колес на рельсы; Yб – боковая сила; H1 ш и H2 ш – поперечные силы, действующие на шпалу от двух рельсов; С0 – начальное сопротивление смещению шпалы; Fтр – сила трения шпалы по балласту; fp – коэффициент трения скольжения колеса по рельсу.

Из расчета прочности пути [2] известно, что давление рельса на шпалу можно определить по формуле

где Kв – коэффициент относительной жесткости подрельсового основания и рельса в вертикальной плоскости, м-1; – расстояние между осями шпал, м.

Удерживающая от сдвига шпал сила – сопротивление их поперечному перемещению в балласте

где С0 – начальное сопротивление смещению шпалы при отсутствии вертикальной нагрузки; Fтр – сила трения шпалы по балласту при наличии вертикальной нагрузки; fш – коэффициент трения шпалы по балласту.

Поперечная сдвигающая сила является равнодействующей двух сил, приложенных к рельсам:

где fp – коэффициент трения скольжения колеса по рельсу.

Поскольку наибольшие боковые силы передаются, как правило, от первых направляющих колес, сила трения Pср fp принимается со знаком

минус.

Поперечная сдвигающая сила Hш 1, действующая на шпалу от наружного рельса, и поперечная сила Hш 2 , действующая на шпалу от второго

(внутреннего) рельса и препятствующая сдвигу, составят следующую величину

64

где Kr – коэффициент относительной жесткости подрельсового основания и рельса в горизонтальной плоскости, м-1.

Суммарная сила, сдвигающая шпалу,

При торможении в кривой возникает дополнительная поперечная сила

где Nт – тормозная сила, кН; Lc – расстояние между центрами автосце-

пок вагона, м; R – радиус кривой, м.

Коэффициент устойчивости пути против поперечного сдвига под поездом определяется отношением удерживающих и сдвигающих сил

ется в предельном равновесии, если поперечная боковая сила достигает величины

После деления левой и правой части уравнения (6.11) на величину Pср получим предельно допустимое отношение поперечной боковой си-

лы к вертикальной:

65

Таким образом, сопротивление поперечному сдвигу зависит от конструкции пути, его состояния и вертикальной нагрузки на рельсы. Состояние пути может быть учтено следующими параметрами:

С0 – зависит от степени уплотнения, загрязненности и влажности

коэффициенты относительной жесткости Kв и Kг [14]. Величину коэффициента Kг можно определить по формуле

Кроме того, устойчивость рельсошпальной решетки в поперечном направлении можно оценить и по одному из двух критериев:

1) по отношению максимальных динамических рамных сил Yр к ста-

где fт – коэффициент трения низа шпалы о балласт; n – число шпал, участвующих в сопротивлении поперечному сдвигу пути, как правило, n = 5 7 – деревянные шпалы, n = 4 6 – железобетонные шпалы; С0 – сопротивление шпалы поперечному сдвигу при отсутствии вертикальной нагрузки, C0 от 2 3 до 6 7 кН при типовых плечах балластной призмы.

При 2 Рст 196 216 кН (20 22 т) на пути с деревянными шпалами и щебне неравенство (6.14) принимает вид:

Величину Yр для конкретной подвижной единицы можно получить, используя график-паспорт вписывания в кривую в зависимости от непогашенного ускорения

66

Динамическая рамная сила, кН, в этом случае определяется по формуле

где Yр – паспортные значения рамной силы; kг – коэффициент динами-

ки, учитывающий влияние различных отступлений в содержании пути и экипажа, kг = f(V) определяется экспериментально;

2) по отношению максимальной горизонтальной поперечной нагрузки от рельса на шпалу Нmaxш к средней вертикальной нагрузке рельса на шпалу Qш, исходя из неравенства

Вероятность одновременного сочетания максимальных значений горизонтальных нагрузок на путь с максимальной или минимальной величиной вертикальных нагрузок близка к нулю.

Теоретически рассчитать значения Нmaxш и Qш, дающие самые небла-

гоприятные соотношения, практически невозможно в силу сложной случайной совокупности возникающих в пути неровностей. Хотя величину Qш допускается определять по Методике оценки воздействия подвижного состава на путь [2, формула (6.1)].

Горизонтальную нагрузку Нmaxш можно получить расчетным путем,

используя боковые нагрузки от тележек экипажей на рельс Yб (по экспериментальным данным либо по графикам-паспортам) по формуле

суммарная боковая сила на рельс над расчетной шпалой от всех осей тележки экипажа.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Какие силы учитываются при определении поперечной устойчивости пути?

2.Почему в расчете горизонтальные поперечные силы принимаются

смаксимально вероятными значениями?

67

3.Как определить коэффициент устойчивости пути против поперечного сдвига под поездом?

4.Назовите два критерия устойчивости рельсошпальной решетки в поперечном направлении.

5.Как рассчитывается динамическая рамная сила?

6.От чего зависит максимальная горизонтальная нагрузка под шпалу?

Рекомендуемая литература [1, 6, 14].

Лекция 7 РАСЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТА УСТОЙЧИВОСТИ

ПРОТИВ ВКАТЫВАНИЯ ГРЕБНЯ КОЛЕСА НА РЕЛЬС

План лекции:

7.1.Понятие об устойчивости колес против вкатывания.

7.2.Расчетная схема и основные расчетные формулы.

7.1. Понятие об устойчивости колес против вкатывания

Вкатывание гребня колеса на головку рельса может начаться в тех случаях, когда сила бокового прижатия гребня к рельсу Y1 станет настолько большой, что вертикальное давление Р1 окажется недостаточным для прижатия колеса к поверхности катания головки рельса.

Коэффициент устойчивости против вкатывания колеса на рельс

f(Yр ,Р1,Р2 ) .

По исследованиям ВНИИЖТа для грузовых вагонов на тележках

где Р1, Р2 – динамические вертикальные силы, действующие на рельс от направляющей колесной пары,

где Робр – обрессоренный вес экипажа, приходящийся на одно колесо; kg1 , kg2 – коэффициент динамической добавки вертикальной нагрузки на

колесо от колебания надрессорного строения экипажа. Определяются либо на основании экспериментов, либо по формуле

68

где Рр – вертикальная нагрузка на колесо от колебания надрессорного строения,

2 Рст – статическая осевая нагрузка; q, q1, q2 – необрессоренная масса тележки, приходящаяся на одно колесо.

Главным фактором, определяющим устойчивость против вкатывания колеса на рельс, являются поперечные силы (Yр, Y1, Yб). Величина этих сил существенно зависит от величины и длины неровностей в положении рельсовых нитей, их сочетания и последовательностей.

В практических расчетах, по предположениям ВНИИЖТа, влияние отступления в плане и в профиле на непогашенное ускорение можно определить по формулам:

где А, АВ – соответственно ордината горизонтальной и вертикальной неровности, м; V – скорость движения, м/с; н – длина неровности, м;

Sк – расстояние между кругами катания, м; g – ускорение свободного падения, м/с2.

7.2. Расчетная схема и основные расчетные формулы

При набегании колеса на рельс оно не должно накатываться своим гребнем не него, т. е. необходимо предотвратить вползание колеса на головку рельса. А если колесо окажется по некоторым причинам приподнятым, то необходимо, чтобы оно опустилось вниз на плоскость С–С наклоненным под углом к горизонту (рис. 7.1) [14].

Коэффициентом устойчивости назовем отношение всех сил, препятствующих подъему колеса, к силам, вызывающим этот подъем. Силы сопротивления действуют в плоскости С–С и направлены вниз, в сторону соскальзывания гребня по рабочей грани головки. Силы подъема колеса действуют в этой же плоскости, но направлены вверх, в сторону, обратную соскальзыванию гребня.

69

Рассмотрим условие предельного равновесия колесной пары, когда левое колесо на рельсе А несколько приподнялось и опирается на рабочую грань головки рельса своим гребнем в точке О. Внешними, действующими на рельсовые нити, будут следующие силы и моменты (рис. 7.1):

полная динамическая вертикальная нагрузка P1 p , передаваемая

от левого колеса на рельс А в точке О;

полная динамическая вертикальная нагрузка P2 p , передаваемая

от правого колеса на рельс В по кругу катания колеса;

моменты M1и M2 , действующие на шейки оси. Как известно, на-

грузка от вагона приложена через буксы к шейкам оси колесной пары, а ее воздействие на рельсы может быть эквивалентно представлено вер-

тикальными силами P1 p и P2 p и моментами М1 = Р1 а1 и М2 = Р2 а2;

динамическая рамная сила max Yр , приложенная на расстоянии p от точки контакта левого колеса с рельсом А. При этом принимаем, что

70