Курсовойпроект
«Железнодорожныйпуть»
ТЕМА
«Проектированиеи расчёты верхнего строения пути»
ВВЕДЕНИЕ
Определение классажелезнодорожного пути, конструкции, типа и характеристик его верхнего строения.
Исходные данные.
1. грузонапряженность млн. ткм/км бруттов год 65
2. максимальная скорость движенияпоездов, км/час
· пассажирских 100
· грузовых 70
1. ОПРЕДЕЛЕНИЕКЛАССА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ
Современная системаведения путевого хозяйства основана на классификации пути в зависимости отгрузонапряжённости и скоростей движения поездов.
Железнодорожный путьклассифицируется в зависимости от сочетаний грузонапряженности и максимальныхдопускаемых скоростей движения пассажирских и грузовых поездов.
По грузонапряженностипути разделяют на 5 групп, обозначаемых буквами (Б, В, Г, Д, Е) по допускаемымскоростям — на 7 категорий, обозначаемых цифрами (1…7). Классы пути обозначаютцифрами.
Принадлежность путисоответствующему классу. группе и категории обозначается сочетанием буквы ицифр. Например, 2Б3 обозначает, что путь принадлежит 2 классу, входит вгруппу Б и категорию 3.
При определении классапути необходимо учитывать:
1.На железнодорожных линиях федерального(общесетевого) значения пути должны быть не ниже 3 класса.
2.Непрерывная длина пути соответствующего класса,как правило, не должна быть менее длины участка движения с одинаковыми на всемпротяжении грузонапряженностью и установленными скоростями пассажирских илигрузовых поездов (в зависимости от того, какая из них соответствует болеевысокому классу). Без учета отдельных километров и мест, по которым уменьшенаустановленная скорость из-за кривых малого радиуса, временно неудовлетворительноготехнического состояния пути или искусственных сооружений, либо по другимпричинам.
3.В зависимости от количества пассажирских и пригородныхграфиковых поездов путь должен быть не ниже:
1класса— более 100 поездов в сутки;
2класса— 31-100 поездов в сутки;
3класса— 6-30 поездов в сутки.
При скорости 80 км/ч класс пути понижается на одну ступень.
На двухпутных и многопутных участках классы путей устанавливаютсяодинаковыми с классом пути, имеющим большую грузонапряженность, при условии,если разница в грузонапряженности не превышает 30%. При большей разнице класскаждого из путей устанавливается по фактическому сочетанию грузонапряженности иустановленной скорости.
Пути, предназначенные для движения подвижного состава с опаснымигрузами, не должны быть ниже 4 класса.
Приемо-отправочные и другие станционные пути, предназначенные длясквозного пропуска поездов со скоростями 40 км/ч и более, подъездные пути со скоростями более 40 км/ч, а также горочные пути относятся к 3классу. Станционные пути, не предназначенные для сквозного пропуска поездов, приустановленных скоростях 40 км/ч, а также специальные пути, предназначенные дляобращения подвижного состава с опасными грузами, сортировочные и подъездныепути со скоростями движения 40 км/ч относятся к 4 классу. Остальные станционныеи подъездные пути относятся к 5 классу.
Сортировочные и горочные пути на сортировочных станциях относятсяк 4 классу.
Главные пути, где установлены скорости движения пассажирскихпоездов более 140 км/ч, относятся квнеклассным путям.
В зависимости от класса пути устанавливаются технические условия инормативы на укладку и ремонт пути.
1.1 Конструкция, тип и характеристики верхнего строения пути
Предусмотрены три конструкции верхнего строения пути:
· бесстыковойпуть на железобетонных шпалах;
· звеньевойпуть на железобетонных шпалах;
· звеньевойпуть на деревянных шпалах;
При этом в регионах, где позволяют климатическиеусловия,на путях 1-4 классов рекомендуется преимущественноприменять бесстыковойпуть, а на путях пятого класса — звеньевой путь на железобетонных шпалах.
На путях 1 и 2 классов укладываются рельсы Р65 (новые, термоупрочненные,категории В, Т, и Т2, новые скрепления, шпалы новые железобетонные 1сорта).
Эпюра шпал: в прямых и кривых радиусами более 1200 м — 1840 шт/км, в кривых радиусами 1200 м и менее — 2000 шт/км.
Балласт щебеночный или асбестовый с толщиной слоя под деревяннымишпалами 40 см.
На путях 3 класса укладываются рельсы Р65 новые или старогодные.Скрепления и шпалы новые и старогодные, отремонтированные в соответствиисТехническими условиями на применение старогодныхматериалов верхнегостроения. Эпюра и группа шпал такие же, как на путях 1 и 2 классов.
Балласт щебеночный или асбестовый с толщиной слоя под деревяннымишпалами 35 см и под железобетонными шпалами 40 см.
На путях 4 класса укладываются старогодные рельсы II и III группы годности всоответствии с Техническими условиями на применение старогодных материаловверхнего строения. Скрепления и шпалы старогодные, как правило,отремонтированные. Эпюра шпал такая же, как на путях 1-3 классов. Допускается укладкановых шпал второго сорта. Допускается чередование деревянных и железобетонныхшпал (по специальному согласованию с МПС).
Балласт щебеночный, асбестовый или гравийно-песчаный с толщинойслоя под деревянными шпалами 25 см и под железобетонными шпалами 30 см.
На путях 5 класса укладываютсярельсы, скрепления и шпалы —старогодные, рельсы IIIгруппы годности, в т.ч. непригодные к укладке впути 3 и 4 классов. Рельсы не легче Р50.
Допускается чередование старогодных железобетонных и деревянныхшпал по схемам, устанавливаемым службой пути дороги. Эпюра шпал: в прямых икривых радиусами более 650 м — 1440 шт/км; в кривых радиусами 650 м и менее — 1600 шт/км.
Согласно данным задания:
· грузонапряженность65 млн. ткм/км
· скорость пассажирских поездов 100км/час
· скорость грузовых поездов 70 км/час
· путь относится к 1-му классу, входитв группу Б и категорию 3т.е. 1Б3
Конструкции, типы иэлементы пути:
· рельсы Р65, новые термоупрченные;
· скрепления новые;
· шпалы железобетонные новые 1-госорта;
· балласт щебёночный толщиной подшпалой – 0,40м;
· эпюра шпал: на прямых и кривых R≥1200м – 1800 шт/км, на кривых R1200м и меньше – 2000 шт/км
· поперечный профиль балластной призмыприлагается
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕУСЛОВИЙ УКЛАДКИБЕССТЫКОВОГО ПУТИ
Исходные данные:
· тип рельсов Р65;
· род балласта асбест;
· радиус кривой 600м;
· локомотив ВЛ23;
· скорость движения 60 км/ч;
· tmax; max 62°C;
· tmin; min -34°C;
· t факт -4 °C;
· длина пути 1100м
Возможность укладки бесстыкового пути в конкретных условияхустанавливается сравнением допускаемой температурной амплитуды [7] для данныхусловий с фактически наблюдавшейся в данной местности амплитудой колебанийтемпературы ТА.
Если по расчету ТА≤ [Т], тобесстыковой путь можно укладывать.
Значение ТАопределяется как алгебраическая разностьнаивысшей tmaxmax и наинизшей tminmin температур рельса, наблюдавшихсяв данной местности (при этом учитывается, что наибольшая температура рельса наоткрытых участках превышаетна 20 °С наибольшую температуру воздуха):
ТА=tmax max –tmin min; ТА= 62- (-34)= 96°С
Амплитуда допускаемых изменений температур рельсов
[Т]= [Δtу]+ [Δtр]+ [Δtз],
где: [Δtз],— минимальный интервалтемператур, в которомокончательно закрепляются рельсовые плети, [Δtз] = 10°С;
[Δtр] — допускаемое повышение температуры рельсовпосравнению с температурой их закрепления, определяемоеустойчивостьюпротив выброса пути при действии сжимающих продольных сил;
[Δtу]— допускаемое понижение температуры рельсовыхплетей по сравнению с температурой закрепления, определяемое их прочностьюпри действии растягивающих продольных сил.
2.1 Расчет повышений и понижений темпера туры рельсовыхплетей, допустимых по условиям прочности и устойчивости
Допускаемое повышение температуры рельсовых плетей [Δtу] устанавливается наосновании исследований устойчивостипути.
Допускаемое понижение температуры рельсовых плетей определяетсярасчетом прочности рельсов, основаны на условии, что сумма растягивающихнапряжений, возникающих от воздействия подвижного состава и от изменений температуры,не должна превышать допускаемого напряжения материла рельсов.
В данном случае величина [Δtу] определяется наосновании данных таблицы №4 методуказаний.
[Δtу] = 40°С;
Knσk + σt ≤ [σ]
где: Kn— коэффициент запасапрочности (Kn= 1,3 для рельсов первого срока службы; Kn= 1,4 для рельсов, пропустившихнормативный тоннаж);
σk— напряжение в кромкахподошвы рельса под нагрузкой от колес подвижного состава, МПа;
σt— напряжение в поперечномсечении рельса отдействия растягивающих температурных сил, возникающихмри понижении температуры рельса по сравнению с еготемпературой призакреплении, МПа;
[σ]— допускаемое напряжение (для новых незакаленных рельсов [σ] = 350МПа, для новых термоупрочнённых — 400 МПа).
Напряжение в подошве рельса σk определяется по правиламрасчета верхнего строения пути на прочность.
Температурное напряжение, возникающее в рельсе в связи снесостоявшимся изменением его длины при изменениитемпературы,
σt = αEΔt= 2,5Δt,
где α— коэффициент линейного расширения (а =0,0000118 1/град);
Е — модуль упругости рельсовой стали (Е = 210 ГПа=2,1-105 МПа);
Δt—разность между температурой, при которойопределяется напряжения, и температурой закрепления плети, °С.
Наибольшее допускаемое по условию прочностирельсапонижение температуры рельсовой плети по сравнениюс ее температурой призакреплении определяется по формуле:
[Δtр] = [σ] — Knσk= [σ]- Knσk
αE 2,5
В данном случае понижение [Δtр] температуры рельсовыхплетей по сравнению с температурой их закрепления для бесстыкового пути снеупрочненными рельсами первого срока службы на железобетонных шпалах ищебеночном или асбестовом балласте приведены в таблице №5 методуказаний: [Δtр] = 82°С; Для рельсов термоупроченных:
[Δtр] = 82 + 20 = 102°С;
Тогда [Т] будет равно:
[Т]= [Δtу]+ [Δtр]+ [Δtз] = 40+82–10=112°С;
Условие ТА≤ [Т]соблюдается; 96°С
2.2 Расчет интервалов закреплений плетей
Расчетный интервал закрепления плетей
Δtз =[Δtу]+ [Δtр] — [ТА];
Δtз = 40+82-96 = 26 °С;
Границы интерна на закрепления, т.е. самую низкую mintз наибольшую max tз, температурызакрепления,определяют по формулам:
mintз= tmaxmax – [Δtу] = 62-40=22°С ;
maxtз= tmin min +[Δtр]=-34+82=48°С;
При укладке плетейдлиной более 800 м нижняя граница интервала закрепления должна быть не менее чем на 8°С выше нижней границы,установленной для плетей обычной длины.
Диаграмма температурного режима плетей прилагается.
=26°С
=62°С
= -34°С
=48°С
=22°С
=40°С
=82°С />
Рис. 2. Диаграмма температурного режима плетей
3. РАСЧЁТЫРЕЛЬСОВОЙ КОЛЕИ
a. Определение возвышения наружногорельса в кривой.
b. Расчёт основных элементов дляразбивки переходных кривых.
c. Определение ширины колеи в кривой.
· радиус кривой 1100м;
· максимальнаяскорость движения поезда по кривой:
o грузового 73км/ч;
o пассажирского 90км/ч;
· приведеннаяскорость поездпотока 50км/ч;
· угол поворота линииβ 32°;
· единицаподвижного состава ВЛ23;
· зонаскорости первая.
3.1 Возвышениенаружного рельса в кривой
Возвышение устраивается в кривых участках пути радиусом 4000 м и менее. Максимальная величина возвышения не должна превышать 150 мм.
Перерасчету подлежат возвышения в кривых, в которых наблюдаетсяповышенный износ рельсов по одной из ниток, интенсивные расстройства по ширинеколеи и направлению в плане, допускаемые скорости по возвышению и его отводу несоответствуют друг другу, начало и конец отводов по кривизне и возвышению несовпадают более чем на 10 м, реализуемые скорости на 10-15% отличаются отмаксимальных, установленных дорожным приказом, или от ранее принятых прирасчете возвышения, в том числе и из-за введения длительных ограниченийскорости, а также в кривых на участках запланированных капитальных работ.
Величина возвышения в круговой кривой определяется начальникомдистанции пути и утверждается начальником железной дороги.
Величина возвышения в кривой, мм, определяется по следующимформулам:
для пассажирского поезда:
hр пас =12,5 V²max пас/ R-115; (1)
для грузового поезда:
hр гр =12,5 V²max гр/ R — 50; (2)
для потока поезда:
hр пот =12,5 V²пот/R; (3)
где: Vmax пас и Vmax гр — максимальныескорости, км/ч соответственно пассажирского и грузового поезда, установленные вкривой по приказу начальника дороги;
Vпот— приведенная скорость поездопотока, км/ч;
R— радиус кривой, м.
Из полученных по формулам (1-3) величин возвышения принимаетсябольшее и округляется до значения, кратного 5 мм.
В данном случае вертикальная прямая, соответствующая кривой R=1300м пересекается слинией поездпотока. Значит расчёт возвышения наружного рельса в кривой следуетвести по формуле:
Точное значение приведенной скорости поездопотока V
для расчета возвышения по формуле (3) определяется по формуле:
h =12,5 V²пр/R;
где: Vпот— приведенная скорость поездпотока. Позаданию Vпот=45км/ч.
Возвышение наружного рельса в кривой будет равна:
h =12,5 50²/1100 = 28мм;
3.2 Расчет основных элементов для разбивки переходной кривой
Длина переходной кривой l0зависит от принятогоуклона отвода возвышения i, скорости движения, допустимой величины нарастаниягоризонтальных ускорений, допустимой скорости подъема колеса по наружномурельсу и т.д.
В данном случае принимаются следующие нормативы:
· уклонотвода возвышения рельса i= 0,001;
· величинанарастания ускорения αнп = 0,7 м/с2; ψ = 0,6м/с3;
· скоростьподъема колеса по наружному рельсу 28 мм/с = 1/10 км/ч.
Определяется длина кривой превышающие указанных условий
· Изусловия непревышения допустимого уклона iотвода возвышения наружногорельса
l01=h0 /i= 20 / 0,001=20м
· Прискорости подъема колеса по наружному рельсу 28 мм/с = 1/10 км/ч h0 /l0 =1/(10 Vmax).Отсюда:
l02 =10h Vmax =10*0,0,02*90 =18,0м
· Изусловия допустимой величины нарастания горизонтальных ускорений
l03 = αнпVmax/ 3,64 =0,7*90/3,64 =63 /3,64 =29,2м
· Устанавливаетсядлина переходной кривой в соответствии с СТНЦ-01-95 в зависимости от заданнойвеличины радиуса R, категории линии и зоны скорости (таблица методуказаний). Принимается l04 =80м
Изчетырёх определённых значений длины переходной кривой принимается наибольшая,т.е принимается длина переходной кривой l0 =80м
Величинауклона отвода будет:
i0 =h0 /l0= 0,020 / 80= 0,00025м
Определяются параметр кривой
C = Rl0 = 1100*80 =88000м2
Величинасдвижки круговой кривой к центру
P=
l02 (1 -
l02 )
24R
112R2
P=
802 (1 -
802 ) = 6400 ( 1- 6400 ) = 0,21м 24*1100
112*11002 26400
13552*104 /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />
Расстояние m от тангенсного столбика сдвинутой кривой доначала переходной кривой
m=
l0 (1 -
l02 ) 2
112R2
m= 80 (1 - 6400 ) = 40 ( 1- 6400 ) = 39,87м 2
112*11002
13552*104 /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />
Значение абсциссы x0 и ординаты у0 для конца переходной кривой
x0=
l0 (1 -
l04 )
40С2
x0= 80 (1 -
4096*104 ) = 80 ( 1 - 0,00379 ) = 79,69м
88000*102
у0=
l0 3 ( 1 -
l04 )
2С 3
168С2
у0= 51200 ( 1 -
4025*104 ) = 0,819м 2*88000 3
168*88000*106 /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />
Подсчёт для промежуточных ординат для: х= 10м; х=20м; х= 30м
у10=
х3 ( 1 +
2х4 )
6С
35С2
у10=
103 ( 1 +
2*104 ) = 6*88000
35*880002 = 0,0016 ( 1 + 2 ) = 0,0018м
37856*103
у20=
203 ( 1 +
2*204 ) = 6*88000
35*880002 = 0,0128 ( 1 + 32 ) = 0,0128м
35*880002
у30=
303 ( 1 +
2*304 ) =
6*880002
35*880002 = 0,0433 ( 1 + 162 ) = 0,0433м 35*88000 /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />
3.3 Определение ширины колеи в кривой
Согласно исходным данным необходимо определить для заданногоэкипажа оптимальную и минимально допустимую ширину колеи в кривой радиуса R.
Ширина колеи на кривой определяется расчетом по вписыванию экипажав заданную кривую, исходя из следующих условий:
· ширинаколеи должна быть оптимальной, т.е. обеспечивать наименьшее сопротивлениедвижению колес, наименьшие износы колес и рельсов;
· ширинаколеи должна быть больше минимально допустимой Smin.
Оптимальная ширина рельсовой колеи Sоптна кривой радиусом Rиз условия вписывания тележкис трехосной жесткой базой Loопределится следующимобразом (см. рис. 3).
Обозначим ширину колесной колеи:
/>
Расчетныесхемы вписывания трехосной жесткой базы
Обозначения на рис. 3:
О — центр вращения экипажа; λ— расстояние от центравращения экипажа до геометрической оси первого колеса (в данном случае λ= Lo); b1 — расстояние отгеометрической оси первой колесной пары до точки касания гребня колеса срельсом; fn — стрела изгиба наружного рельса (при хорде АВ); ∑η— сумма поперечных разбегов соответствующих колесных пар заданного экипажа.
При ∑η= О S=К + fn;
При ∑η≠ О S=К + fn-∑η.
К = (Т + 2q+ 2µ),
где Т — насадка колес, мм;
q— толщина гребня колеса, мм;
µ— утолщение гребня выше расчетной плоскости, ранное для вагонныхколес 1 мм, для локомотивных колес 0.
Поскольку экипажем, требующим наибольшей ширины колеи, будет тот,который имеет Кmах, а допуск на сужение равен 4 мм, то
Sопт=Кmах + fn+∑η +4 ;
fn=(λ + b1 ) 2/2R;
b1=λ* r/ R* tgτ
где: r— радиус качения колеса, м;
τ — угол наклона образующей гребня колеса к горизонту (для вагонногоколеса 60°, для локомотивного 70°)
При определении минимально допустимой ширины Smin(см. рис. 3 справа), зарасчетную принимается схема заклиненноговписывания экипажа, при которой наружные колеса крайних осей жесткой базыребордами упираетсяв наружный рельс кривой, а внутренние колеса среднейоси — в рельс внутренней нити.
К полученной на основании такой расчетной схемы ширине колеиприбавляется δmin — минимальный зазор между боковой рабочей граньюрельса и гребнем рельса на прямом участке пути:
Smin=Кmах + fn-∑η +δmin ;
fn=(λ + b1 ) 2/2R; b1=λ* r/ R* tgτ; λ = L0 /2;
Из таблицы №7 методуказаний и таблицы №8:
Кmах =1509мм; ∑η= 6мм; λ= L=4400мм; r=600мм;
fn=(λ + b1 ) 2/2R; b1=λ* r/ R* tgτ
b1=4400* 600 / 1100000* tg70°= 4400*600/1100000*2,747=7мм;
f=(4400 + 7) 2/2*1100000=9мм;
Sопт=1509+9-6+4=1516мм;
Smin=Кmах + fn-∑η +δmin; из таблицы №7 δmin=7мм
b1=λ* r/ R* tgτ=2200*600/1100000*2,747=3мм;
λ = L0 /2= 4400/2 =2200мм;
fn=(2200+ 3) 2/2*1100000=2мм;
Smin=1509+3-6+4+7=1517мм;
Согласно ПТЭ в кривой радиуса R=1100м ширина колеи1520мм
Используемая литература
1.Строительные нормы и правила Российской Федерации. Железные дорогиколеи 1520 мм. СНиП 32-01-95. Минстрой России, 1995.
2.Приказ Министра путей сообщения Российской Федерации № 14 Ц от 25сентября 1995 г. «О строительно-технических нормах «Железные дороги колеи 1520мм» — М., 1995.
3.Железные дороги колеи 1520 мм. СТН Ц-01-95. — М.: Министерство путей сообщения Российской Федерации, 1995.
4.Положение о системе ведения путевого хозяйства на железных дорогахРоссийской Федерации. — М.: МПС РФ, 2002.
5.Приказ № 41 от 12.11.01 «Нормы допускаемых скоростей движенияподвижного состава по железнодорожным путям колеи 1520 (1524) мм федеральногожелезнодорожного транспорта. — М.: Транспорт, 2001.
6.Технические указания по устройству, укладке, содержанию и ремонтубесстыкового пути. — М.: Транспорт, 2000.
7.Технические условия на работу по ремонту ипланово-предупредительной выправке пути. Утв. МПС 28 июня 1997 г. — М.: Транспорт, 1998. — 188 с.
8. Железнодорожный путь/ Подред. Т.Г. Яковлевой. — М.: Транспорт, 2001.
9. Чернышев М.А., Крейнис З.Л.Железнодорожный путь. — М.: Транспорт, 1985. — 302 с.
10. Крейнис З.Л.Современные конструкции верхнего строения железнодорожного пути: Уч. пос. — М.:РГОТУПС. 1997. — 78 с. (Часть I). — М.: РГОТУПС, 1998. (Часть И).