Проектирование и расчёты верхнего строения пути | Железнодорожный путь и путевое хозяйство

 

Проектирование и расчёты верхнего строения пути

Определение класса железнодорожного пути, конструкции, типа и характеристик его верхнего строения.

Исходные данные.

  1. грузонапряженность млн. ткм/км брутто в год 65
  2. максимальная скорость движения поездов, км/час
  • пассажирских 100
  • грузовых 70

1. Определение класс железнодорожного пути

Современная система ведения путевого хозяйства основана на классификации пути в зависимости от грузонапряжённости и скоростей движения поездов.

Железнодорожный путь классифицируется в зависимости от сочетаний грузонапряженности и максимальных допускаемых скоростей движения пассажирских и грузовых поездов.

По грузонапряженности пути разделяют на 5 групп, обозначаемых буквами (Б, В, Г, Д, Е) по допускаемым скоростям - на 7 категорий, обозначаемых цифрами (1…7). Классы пути обозначают цифрами.

Принадлежность пути соответствующему классу. группе и категории обозначается сочетанием буквы и цифр. Например, 2Б3 обозначает, что путь принадлежит 2 классу, входит в группу Б и категорию 3.

При определении класса пути 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 всем протяжении грузонапряженностью и установленными скоростями пассажирских или грузовых поездов (в зависимости от того, какая из них соответствует более высокому классу). Без учета отдельных километров и мест, по которым уменьшена установленная скорость из-за кривых малого радиуса, временно неудовлетворительного технического состояния пути или искусственных сооружений, либо по другим причинам.

3. В зависимости от количества пассажирских и пригородных графиковых поездов путь должен быть не ниже:

  • 1 класса — более 100 поездов в сутки;
  • 2 класса — 31-100 поездов в сутки;
  • 3 класса — 6-30 поездов в сутки.

При скорости 80 км/ч класс пути понижается на одну ступень.

На двухпутных и многопутных участках классы путей устанавливаются одинаковыми с классом пути, имеющим большую грузонапряженность, при условии, если разница в грузонапряженности не превышает 30%. При большей разнице класс каждого из путей устанавливается по фактическому сочетанию грузонапряженности и установленной скорости.

Пути, предназначенные для движения подвижного состава с опасными грузами, не должны быть ниже 4 класса.

Приемо-отправочные и другие станционные пути, предназначенные для сквозного пропуска поездов со скоростями 40 км/ч и более, подъездные пути со скоростями более 40 км/ч, а также горочные пути относятся к 3 классу. Станционные пути, не предназначенные для сквозного пропуска поездов, при установленных скоростях 40 км/ч, а также специальные пути, предназначенные для обращения подвижного состава с опасными грузами, сортировочные и подъездные пути 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 относятся к 4 классу.

Главные пути, где установлены скорости движения пассажирских поездов более 140 км/ч, относятся к внеклассным путям.

В зависимости от класса пути устанавливаются технические условия и нормативы на укладку и ремонт пути.

1.1 Конструкция, тип и характеристики верхнего строения пути

Предусмотрены три конструкции верхнего строения пути:

  • бесстыковой путь на железобетонных шпалах;
  • звеньевой путь на железобетонных шпалах;
  • звеньевой путь на деревянных шпалах;

При этом в регионах, где позволяют климатическиеусловия, на путях 1-4 классов рекомендуется преимущественноприменять бесстыковой путь, 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 1 сорта).

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 деревянными шпалами 40 см.

На путях 3 класса укладываются рельсы Р65 новые или старогодные. Скрепления и шпалы новые и старогодные, отремонтированные в соответствиис Техническими условиями на применение старогодныхматериалов верхнего строения. Эпюра и группа шпал такие же, как на путях 1 и 2 классов.

Балласт щебеночный или асбестовый с толщиной слоя под деревянными шпалами 35 см и под железобетонными шпалами 40 см.

На путях 4 класса укладываются старогодные рельсы II и III группы годности в соответствии с Техническими условиями на применение старогодных материалов верхнего строения. Скрепления и шпалы старогодные, как правило, отремонтированные. Эпюра шпал такая же, как на путях 1-3 классов. Допускается укладка новых шпал второго сорта. Допускается чередование деревянных и железобетонных шпал (по специальному согласованию с МПС).

Балласт щебеночный, асбестовый или гравийно-песчаный с толщиной слоя 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 в пути 3 и 4 классов. Рельсы не легче Р50.

Допускается чередование старогодных железобетонных и деревянных шпал по схемам, устанавливаемым службой пути дороги. Эпюра шпал: в прямых и кривых радиусами более 650 м — 1440 шт/км; в кривых радиусами 650 м и менее — 1600 шт/км.

Согласно данным задания:

  • грузонапряженность 65 млн. ткм/км
  • скорость пассажирских поездов 100 км/час
  • скорость грузовых поездов 70 км/час
  • путь относится к 1-му классу, входит в группу Б и категорию 3 т.е. 1Б3

Конструкции, типы и элементы пути:

  • рельсы Р65, новые термоупрченные;
  • скрепления новые;
  • шпалы железобетонные новые 1-го сорта;
  • балласт щебёночный толщиной под шпалой – 0,40м;
  • эпюра шпал: на прямых и кривых R≥1200м – 1800 шт/км, на кривых R1200м и меньше – 2000 шт/км
  • поперечный профиль балластной призмы прилагается

2. Определение условий укладки бесстыкового пути

Исходные данные:

  • тип рельсов Р65;
  • род балласта асбест;
  • радиус кривой 600м;
  • локомотив ВЛ23;
  • скорость движения 60 км/ч;
  • t max; max 62°C;
  • t min; min -34°C;
  • t факт -4 °C;
  • длина пути 1100м

Возможность укладки бесстыкового пути в конкретных условиях устанавливается сравнением допускаемой температурной амплитуды [7] для данных условий с фактически наблюдавшейся в данной местности амплитудой колебаний температуры ТА.

Если по расчету ТА[Т], то бесстыковой путь можно укладывать.

Значение ТА определяется как алгебраическая разностьнаивысшей tmaxmax и наинизшей tminmin температур рельса, наблюдавшихся в данной местности (при этом учитывается, что наибольшая температура рельса на открытых 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 интервал температур, в которомокончательно закрепляются рельсовые плети, [Δtз] = 10°С;

[Δtр] — допускаемое повышение температуры рельсовпо сравнению с температурой их закрепления, определяемоеустойчивостью против выброса пути при действии сжимающих продольных сил;

[Δtу] — допускаемое понижение температуры рельсовыхплетей по сравнению с температурой закрепления, определяемое их прочностью при действии растягивающих продольных сил.

2.1 Расчет повышений и понижений темпера туры рельсовых плетей, допустимых по условиям прочности и устойчивости

Допускаемое повышение температуры рельсовых плетей [Δtу] устанавливается на основании исследований устойчивостипути.

Допускаемое понижение температуры рельсовых плетей определяется расчетом прочности рельсов, основаны на условии, что сумма растягивающих напряжений, возникающих от воздействия подвижного состава и от изменений температуры, не должна превышать допускаемого напряжения материла рельсов.

В данном случае величина [Δtу] определяется на основании данных таблицы №4 методуказаний.

[Δtу] = 40°С;

Knσk + σt ≤ [σ]

где: K— коэффициент запаса прочности (Kn= 1,3 для рельсов первого срока службы; Kn= 1,4 для рельсов, пропустивших нормативный тоннаж);

σ— напряжение в кромках подошвы рельса под нагрузкой от колес подвижного состава, МПа;

σ— напряжение в поперечном сечении рельса от действия растягивающих температурных сил, возникающих при понижении температуры рельса по сравнению с его температурой при закреплении, МПа;

[σ] — допускаемое напряжение (для новых не закаленных рельсов [σ] = 350 МПа, для новых термоупрочнённых — 400 МПа).

Напряжение в подошве рельса σk определяется по правилам расчета верхнего строения пути на прочность.

Температурное напряжение, возникающее в рельсе в связи с несостоявшимся изменением его длины при изменениитемпературы,

σt = αEΔt = 2,5 Δt,

где α — коэффициент линейного расширения (а = 0,0000118 1/град);

Е — модуль упругости рельсовой стали (Е = 210 ГПа= 2,1-105 МПа);

Δ—разность между температурой, при которой определяется напряжения, и температурой закрепления плети, °С.

Наибольшее допускаемое по условию прочностирельса понижение температуры рельсовой плети по сравнениюс ее температурой при закреплении определяется по формуле:

[Δtр] = [σ] - Knσk= [σ] - Knσk

αE                     2,5

В данном случае понижение [Δtр] температуры рельсовых плетей по сравнению с температурой их закрепления для бесстыкового пути с неупрочненными рельсами первого срока службы на железобетонных шпалах и щебеночном 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< 112°С, значит при выше указанных условиях на данном участке можно укладывать бесстыковой путь.

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, температуры закрепления, определяют по формулам:

min tз= tmax max – [Δ tу] = 62-40=22°С ;

max tз= tmin min +[Δ tр]=-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.

 Диаграмма температурного режима плетей

Рис. 2. Диаграмма температурного режима плетей

3. Расчёт рельсовой колеи

  1. Определение возвышения наружного рельса в кривой.
  2. Расчёт основных элементов для разбивки переходных кривых.
  3. Определение ширины колеи в кривой.
  • радиус кривой 1100м;
  • максимальная скорость движения поезда по кривой:
  • грузового 73км/ч;
  • пассажирского 90км/ч;
  • приведенная скорость поездпотока 50км/ч;
  • угол поворота линии β 32°;
  • единица подвижного состава ВЛ23;
  • зона скорости первая.

3.1 Возвышение наружного 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 наблюдается повышенный износ рельсов по одной из ниток, интенсивные расстройства по ширине колеи и направлению в плане, допускаемые скорости по возвышению и его отводу не соответствуют друг другу, начало и конец отводов по кривизне и возвышению не совпадают более чем на 10 м, реализуемые скорости на 10-15% отличаются от максимальных, установленных дорожным приказом, или от ранее принятых при расчете возвышения, в том числе и из-за введения длительных ограничений скорости, а также в кривых на участках запланированных капитальных работ.

Величина возвышения в круговой кривой определяется начальником дистанции пути и утверждается начальником железной дороги.

Величина возвышения в кривой, мм, определяется по следующим формулам:

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 — максимальные скорости, км/ч соответственно пассажирского и грузового поезда, установленные в кривой по приказу начальника дороги;

Vпот — приведенная скорость поездопотока, км/ч;

— радиус кривой, м.

Из полученных по формулам (1-3) величин возвышения принимается большее и округляется до значения, кратного 5 мм.

В данном случае вертикальная прямая, соответствующая кривой R=1300м пересекается с линией поездпотока. Значит расчёт возвышения наружного рельса в кривой следует вести 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. По заданию 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 l0 зависит от принятого уклона отвода возвышения i, скорости движения, допустимой величины нарастания горизонтальных ускорений, допустимой скорости подъема колеса по наружному рельсу и т.д.

В данном случае принимаются следующие нормативы:

  • уклон отвода возвышения рельса i= 0,001;
  • величина нарастания ускорения αнп = 0,7 м/с2; ψ = 0,6 м/с3;
  • скорость подъема колеса по наружному рельсу 28 мм/с = 1/10 км/ч.

Определяется длина кривой превышающие указанных условий

  • Из условия непревышения допустимого уклона iотвода возвышения наружного рельса

l01= h0 /i= 20 / 0,001=20м

  • При скорости 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

  • Из условия допустимой величины нарастания горизонтальных ускорений

l03 = αнпVmax/ 3,64 =0,7*90/3,64 =63 / 3,64 =29,2м

  • Устанавливается длина переходной кривой в соответствии с СТНЦ-01-95 в зависимости от заданной величины радиуса R, категории линии и зоны скорости (таблица методуказаний). Принимается l04 =80м

Из четырёх определённых значений длины переходной кривой принимается наибольшая, т.е принимается длина переходной кривой l0 =80м

Величина уклона отвода будет:

i0 =h0 /l0= 0,020 / 80= 0,00025м 

Определяются параметр кривой:

C = Rl0 = 1100*80 =88000м2

Величина сдвижки круговой кривой к центру:

Величина сдвижки круговой кривой к центру

Расстояние m от тангенсного столбика сдвинутой кривой до начала переходной кривой:

Расстояние m от тангенсного столбика сдвинутой кривой до начала переходной кривой

 

Значение абсциссы x0 и координаты у0 для конца переходной кривой:

Значение абсциссы x0 и ординаты у0 для конца переходной кривой

 

  Рельсы, шпалы, купить МВСП в Казахстане

Copyright © 2009–2016, e-mail: pr@uzdk.ru
Все права защищены: При полном или частичном использовании материалов ссылка на «www.rail.uzdk.ru» обязательна
Для сетевых изданий обязательна гиперссылка на сайт
- www.rail.uzdk.ru.

Официальный сайт компании в России: ООО «Уральская железнодорожная компания» | Россия.

Официальный сайт компании в Казахстане: ООО «Уральская железнодорожная компания» | Казахстан.