1.5 Определение мощности верхнего строения пути

1.5.1 Выбор типа балластной призмы

Для 3 класса пути назначены следующие элементы:

- Рельсы Р65, новые, термоупрочненные;

- Шпалы железобетонные новые;

- Толщина балластного слоя под шпалами, см – 40/20 (щебеночный балласт/песчаная подушка).

Поверхность балластной призмы должна быть в одном уровне с верхом средней части железобетонных шпал. Балластная призма должна состоять из очищенного или нового балласта.

Размеры балластной призмы: откос крутизной 1:1.5, ширина обочины не менее 50 см, крутизна песчаной подушки 1:2, толщиной 20 см. Ширина балластной призмы поверху составляет 3,4 м. Плечо балластной призмы – 0,35 м.

На двупутныx участкаx ширину балластной призмы поверху в прямыx участкаx следует увеличивать на ширину междупутья, в кривыx – с учетом уширения междупутья в зависимости от радиуса.

1.5.2 Расчёты возвышения наружной рельсовой нити в кривой

Возвышение наружного рельса из условия равномерного износа обоих рельсовых нитей определяется по формуле:

h = 12,5 , (1.30)

где 12,5 – переводной коэффициент размерности

– приведенная скорость поездопотока, км/ч;

R – радиус круговой кривой.

= 0,8 , (1.31)

где – максимальная скорость пассажирских поездов

Возвышение округляем до 80 мм.

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: поступательного 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 направленная в сторону от центра кривой (рисунок 2.2), определяется по формуле:

, (2.1)

где V - скорость движения;

R - радиус кривой.

Для уменьшения величины центробежной силы и связанных с ней неблагоприятных последствий, в кривых участках пути устраивают возвышение наружного рельса.

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

, (2.2)

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:

(2.3)

выражение в скобках носит название непогашенного поперечного ускорения:

(2.4)

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

(2.5)

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

, (2.6)

где V _сред – средняя скорость поездопотока.

, (2.7)

г де V_груз – максимальная скорость движения грузовых поездов, км/ч.

(2.8)

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:

, (2.9)

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

(2.10)

Рисунок 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

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:

(2.11)

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

Из полученных величин возвышения по формулам (2.8), (2.10), (2.11) 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.

Исходя из выше сказанного, принимаем величину возвышения наружного рельса в кривых равным h = 80 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.