2. Проектирование рельсовой колеи

2.1. Особенности устройства рельсовой колеи на кривых участках.

При движении экипажа по кривой появляется центробежная сила. Эта сила создает дополнительное давление колес на наружную рельсовую нить, в связи с чем рельсы на ней изнашиваются быстрее, возникают отбои нитей, увеличивается напряжение в рельсах, пассажиры испытывают неприятные ощущения. Кроме того, в кривых затрудняется прохождение ходовых частей экипажей.

С целью нейтрализации вредного влияния центробежной силы на путь и пассажиров, наружная рельсовая нить приподнимается (возвышается) над внутренней, а между прямыми и круговыми кривыми устраиваются переходные кривые.

Для облегчения вписывания тележек подвижного состава в кривых при­ходится уширять рельсовую колею (обычно при R < 350 м).

Ввиду того, что внутренняя рельсовая нить оказывается короче наружной, приходится с целью обеспечения расположения рельсовых стыков в одном створе («по наугольнику») укладывать по внутренней нити укороченные рельсы.

Все эти особенности устройства рельсовой колеи в кривых зависят в ос­новном от величины радиуса кривых, а также скорости движения поездов.

В курсовом проекте для кривых участков пути необходимо выполнить следующее:

• рассчитать величину возвышения наружной рельсовой нити;

• определить длину и вид переходной кривой, а также основные эле­менты для ее разбивки;

• подсчитать необходимое количество укороченных рельсов.

2.2. Расчеты возвышения наружной рельсовой нити в кривой.

Перемещение экипажа в кривой складывается из двух движений: посту- пательного и вращательного вокруг точки, расположенной на продольной оси экипажа, называемой центром поворота.

Непрерывное вращение экипажа относительно центра поворота происходит под действием сил, возникающих в точках соприкосновения гребней колес направляющих осей с боковой гранью головки рельсов. Это направляющие силы.

При непрерывном повороте экипажа в кривой возникает центробежная сила J, равная произведению массы экипажа т на величину ускорения, и на- правленная в сторону от центра кривой (рис. 2.2), определяется по формуле:

где V - скорость движения; R - радиус кривой.

Для уменьшения величины центробежной силы и связанных с ней небла- гоприятных последствий, в кривых участках пути устраивают возвышение на- ружного рельса.

При возвышении наружного рельса центробежная сила уменьшается на величину горизонтальной составляющей веса экипажа, определяемой по формуле:

где g - ускорение силы тяжести; h - возвышение наружного рельса;

S₀ - расстояние между осями рельсовых нитей (в расчетах обычно прини­мают S₀ = 1,6 м).

Разница между силами J и Т составит:

а выражение в скобках носит название непогашенного поперечного ускорения:

Минимум gоперечного воздействия на путь в кривой от многих экипажей будет при выполнении условия

(2.1)

Рис. 2.1. Расчетная схема для определения возвышения наружного рельса в кривых: h - возвышение наружного рельса в кривой радиуса R; S₀ - расстояние между осями рельсов (S₀ = 1600 мм); G - вес экипажа; J - центробежная сила; N, Т - составляющие веса экипажа G; а - угол наклона полотна пути

Минимум поперечного воздействия на путь в кривой от многих экипажей будет при выполнении условия

(2.2)

К этому условию, назовем его первым, приводится выполнение требования о равенстве суммы вертикальных давлений колес на наружную и внутреннюю рельсовые нити, если не учитывать сдвиги центра тяжести экипажей относи­тельно оси колеи за счет определенной установки его при вписывании. Сумми­ровать воздействие следует за год, пользуясь графиками движения поездов с учетом ближайшей перспективы.]

Это требование (2.2) выполняется при α_н = 0, что позволяет определять возвышение наружного рельса по формуле:

(2.3)

где v_прив – приведенная скорость поездопотока.

(2.4)

где Q_i - масса поезда данного i -ого вида (пассажирского, грузового груженого и порожнего, пригородного), т брутто;

n_i - суточное число поездов i -ого вида;

V_icр - средняя скорость движения поездов i -ого вида на рассматриваемой кривой, определяемая по локомотивным скоростемерным лентам выборочно в раз- личные периоды года (весной, летом, осенью, зимой - по пять-шесть лент), км/ч;

В настоящее время, как известно, имеет место существенный разрыв в скоростях движения грузовых и пассажирских поездов. Поэтому приходится разрешать непогашенное центробежное ускорение α_н=0,7 м/с². Это приводит ко второму условию:

(2.4)

что позволяет получить вторую формулу для определения возвышения наруж­ного рельса при α_н = 0,7 м/с².

(2.5)

Для фактических скоростей движения грузовых поездов непогашенное ускорение ограничивают величиной α_н = ±0,3 м/с². В случае α_н = ±0,3 м/с² величина возвышения наружного рельса определяется по формуле:

(2.6)

где V_max, V_факт(г) - максимальные допускаемые скорости пассажирских и грузовых поездов и фактические скорости движения грузовых поездов в кривой радиуса R, км/ч;

115- величина допускаемого максимального недовозвышения наружного рельса, рассчитанная из условия непревышения установленной нормы непогашенного ускорения для пассажирских поездов (0,7 м/с²).

Из полученных величин возвышения по формулам (2.3), (2.5), (2.6) при­нимается большее и округляется до значения, кратного 5.

В зависимости от конкретных условий работы пути в кривой (интенсивности износа рельсов по одной и другой нитям), полученная расчетом величина возвышения, при необходимости, может корректироваться в пределах нормативов непогашенных ускорений.

Минимальную величину возвышения наружного рельса рекомендуется принимать равной 15 мм. Максимальное возвышение наружного рельса обычно не должно превышать 150 мм.

В целях сокращения расходов на содержание пути при проведении ремонтах работ величину возвышения наружного рельса в кривых рекомендуется устанавливать исходя из непогашенного ускорения α_н=±0,3 м/с² для грузовых поездов.

Пример 2.1 Определить необходимое возвышение наружного рельса в кривой радиусом R= 500 м, расположенной на участке, по которому проходят поезда со скоростями V_{max п}=90 км/ч, V_{max гp}=70 км/ч и V_ср=72 км/ч.

По формуле (2.3) определим возвышения наружного рельса из условия обеспечения равномерного вертикального износа рельсов обеих нитей кривой

мм

По формуле (2.5) найдем h по условию обеспечения комфортабельности езды пассажиров

мм

Минимальное возвышение наружного рельса, необходимое для пропус­ка грузовых поездов определяется по формуле (2.6)

мм

Из полученных величин возвышения принимаем наибольшее с округлением в большую с точностью до 5 мм. Для заданной кривой с R= 500 м, h=130мм.