Методические указания по выполнению задач контрольной работы

Задачи №№ 1-25

Прежде чем приступить к решению задачи, необходимо изу­чить по учебнику раздел "Тяговые расчеты". При изу­чении данной темы и решении задачи может возникнуть затруд­нения в связи с тем, что в учебнике силы, действующие на по­езд, имеют размерность - Ньютон, а в Правилах тяговых расчётов (ПТР) - официальном доку­менте, которым необходимо пользоваться при тяговых расчетах – килограмм-сила (1 кгс = 10Н).

Порядок выполнения:

1) Определяем массу всех категорий вагонов брутто (q_бр4 , q_бр6 , q_бр8):

, (т)

j – данная группа вагонов (4, 6, 8)

q_тj – масса вагона данной категории, т (в таблице 2);

q_грj – расчётная грузоподъёмность вагона данной категории, т (в таблице 2);

α_гр – Коэффициент полногрузности вагона (в таблице 3).

2) Определяем массу, приходящуюся на ось для всех категорий вагонов (q_o4 , q_o6 , q_o8):

, (т/ось)

n_oj – количество осей вагона данной категории (4, 6, 8)

3) Определяем массу вагонов разных категорий в долях единицы (α₄ , α₆ , α₈):

;

γ_j – соотношение вагонов по количеству (в таблице 3)

Проверка: α₄+ α₆+ α₈=1

4) Находим основное удельное сопротивление движению грузовых вагонов:

– четырёхосных,

– шестиосных,

(Н/кН)

– восьмиосных:

(Н/кН)

v – расчётная скорость локомотива (v_р из таблицы 4)

5) Находим средневзвешенное основное удельное сопротивление состава вагонов:

, (Н/кН)

6) Находим основное удельное сопротивление движению локомотива в режиме тяги:

= 1,9 + 0,01v + 0,0003v² , (Н/кН)

7) Находим среднюю осевую нагрузку по составу:

q_o = α₄q_o4+ α₆q_o6+ α₈q_o8 , (т/ось)

8) Найти удельное сопротивление состава при трогании с места на площадке (подшипники качения):

, (Н/кН)

9) Определяем расчётную массу состава при установившемся движении:

,(т);

F_кр – сила тяги при расчётной скорости, Н (в таблице 4);

– основное удельное сопротивление движению локомотива, Н/кН;

– средневзвешенное основное удельное сопротивление состава вагонов, Н/кН;

g – ускорение свободного падения (9,8 м/с²);

P – масса данного локомотива, т (в таблице 4);

i_р – руководящий уклон, ‰ (в таблице 3).

10) Находим расчётную массу состава по условию трогания с места:

,(т);

F_ктр – сила тяги при трогании с места, Н (в таблице 4);

w_тр – основное удельное сопротивление при трогании поезда с места, Н/кН;

i_тр – уклон при трогании с места (i_тр = 0);

Проверить выполняется ли условие Q < Q_тр

11) Находим количество вагонов по группам:

, шт;

, шт;

, шт;

α₄ , α₆ , α₈ – соотношение вагонов по массе;

q_бр4 , q_бр6 , q_бр8 – масса вагонов брутто, т;

12) Находим расчётную длину поезда:

l_п = n₄×l₄+n₆×l₆+n₈×l₈+l_л+10 ,(м);

l₄, l₆, l₈, l_л – длины вагонов и данного локомотива, м

(следует принять: l₄=25м , l₆=17м , l₈=20м, l_л – из таблицы 7);

В зависимости от длины поезда принять полезную длину приёмо-отправочных путей раздельных пунктов (l_по) равной: 850, 1050, 1700 или 2100 м.

13) Найти сумму расчётных сил нажатия на тормозные оси поезда:

∑K_p=4×n₄×K₄+6×n₆×K₆+8×n₈×K₈+m×K_л , кН

K₄, К₆, K₈ – расчётные силы нажатия на тормозные оси вагонов

(следует принять: К₄=68,7 кН, К₆=К₈=78,5 кН);

m – количество осей данного локомотива;

14) Найти расчётный тормозной коэффициент:

;

15) Определить ограничение скорости, приняв максимальный тормозной путь S_т=1000м.

Для определения ограничения скорости по тормозам нужно воспользоваться номограммами для определения тормозного пути для своего руководящего уклона (i_p , ‰), помещенными в конце учебника «Основы изысканий и проектирования ж. д.» или в ПТР на с. 77-82.

По номограмме в зависимости от расчётного тормозного коэффициента (V_p) и максимального тормозного пути (S_т) определяем ограничение скорости.

Если студент-заочник не имеет ПТР, то, следовательно, он не может определить по графику ограничение скорости по тормозам. В этом случае необходимо определить расчетный тормозной коэффициент и на этом решение задачи можно окончить. Ограничение же скорости по тормозам студент-заочник должен будет определить на установочных занятиях в техникуме.

Задачи №№ 26-50 и №№ 51 -75

Необходимо по учебнику внимательно изучить тему: "Проектирование плана и продольного профиля железных дорог".

Первая группа задач относится к плану железных дорог, к про­ектированию зависимых (смежных) кривых - кривых, расположенных близко друг от друга. В соответствии с требованиями норм СТН Ц-01-95 между ними должна быть предусмотрена прямая вставка, причем с учетом устройства переходных кривых. Следовательно, прямая встав­ка измеряется между концами переходных кривых.

На рис. 2 легко выводится формула для определения мини­мального расстояния между вершинами углов поворота зависи­мых кривых, причем она одинаковая для кривых, направленных в одну сторону и в разные.

L_в = Т₁ + Т₂ + р₁ + р₂ + а (м),

где Т₁ , Т₂ — тангенсы кривых, которые определяются по таб­лицам "Разбивка кривых на железных дорогах";

р₁ , р₂ — длина, которая предусматривается для устройст­ва переходных кривых (р = l_п / 2), м.

а - прямая вставка, величина которой устанавливается СТН Ц-01-95 в зависимости от категории железной дороги.

Таким образом, по исходным данным определяются в соответствующих таблицах l_п , Т и т.д., после чего по формуле определяется искомое расстояние (L_в).

Далее, необходимо вычертить план железной дороги по своим исходным и расчетным данным (см. рис. 2).

Рис.2

Студенты должны его вычертить на миллиметровой бумаге в масштабе 1:2000 (1см - 20 м или 1мм - 2 м) показав на плане, кроме букв, свои числовые размеры.

Вторая группа задач (№№ 51-75) относится к правилам и нормам проектирования профиля и плана железной дороги - перелом профиля относительно переходных кривых.

Вопрос этот связан с тем, что элементы продольного профиля для обеспечения плавности хода сопрягаются вертикальной кривой и эта кривая не должна накладываться на переходную кривую в плане. Искомое минимальное расстояние (X) определяется по следующей формуле (см. рис. 1)

,

где Т_в - тангенс сопрягающей кривой в вертикальной плос­кости, м;

l_п - длина переходной кривой в плане, м.

Так как радиусы вертикальных сопрягающих кривых (R_в) ус­тановлены в СТН Ц-01-95 в зависимости от категории железной доро­ги, то и тангенс вертикальной кривой определяется однозначно в зависимости от указанного фактора.

Таким образом по категории железной дороги определяется радиус вертикальной кривой и затем определяется тан­генс вертикальной кривой:

где i - разность (алгебраическая) сопрягаемых уклонов.

После определения расстояния X, вычерчивается поясняю­щая схема (без масштаба) по своим исходным и расчетным дан­ным. На чертеже показываются все элементы плана и профиля, их числовые значения.

Задачи №№ 76-100

Прежде чем приступить к решению этой задачи, необходимо изучить по учебнику "Размещение, выбор типов и отверстий малых водопропускных сооружений".

Решение задачи выполняется в следующей последователь­ности.

1. Определение ливневых расходов с периодических водо­токов.

По карте-схеме ливневых районов опре­деляется номер ливневого района.

Предположим колледж находится в г. Новосибирске. Следо­вательно, номер ливневого района - 4.

По таблице определяется по номеру ливневого района номер группы климатических районов. Для нашего при­мера - номер группы климатических районов - IV.

По номограмме ливневых расходов вероятности превыше­ния 1% при песчаных и супесчаных почвах оп­ределяется номинальный расход (Q_н) в м³/с. подробный пример определения номинального расхода приводится в учебнике.

В соответствии с требованиями СТН Ц-01-95 для каждого водо­пропускного искусственного сооружения необходимо определить два расхода; расчетный расход (Q_P) с вероятностью 1%, т.е. прак­тически это означает, что превышение такого расхода возможно один раз в 100 лет (Qmo) и максимального (Q_max) с вероятностью превышения 0,33%, или - один раз в 300 лет (Q300). По расчетному расходу - определяется отверстие водопропускного сооружения, а по максимальному - проверка на незатопляемость.

Поэтому по табл. 5.1 [1] необходимо определить поправоч­ные коэффициенты (К_л) в зависимости от требуемой вероятности превышения и заданных грунтов водосборов.

Искомые расходы определяются по формуле:

2. Выбор малых водопропускных искусственных сооруже­ний.

На периодических водотоках, как правило, назначаются тру­бы или малые мосты. Ограничением для назначения трубы явля­ется высота насыпи, т.к. над трубой должна быть определенная защитная высота насыпи, уменьшающая поездную нагрузку на трубу.

Выбор искусственного сооружения следует начать с подбора трубы.

По графикам водопропускной способности труб в зависимости от расчетного расхода (Q_P=Q₁₀₀) определяется необходимое отверстие трубы. По этим графикам (левая ось графика - Н, м) определяется глубина воды подпора при расчетном расходе (h_n) и при максимальном расходе (h'_n) . По таблице определяется минимальная высота насыпи для разме­щения труб по конструктивным условиям (h^K) в зависимости от типа трубы и ее отверстия. Если высота насыпи (Н„) больше минимальной высоты насыпи по конструктивным условиям, т.е. вы­полнено условие Н_н > h_K, то выбранную трубу при заданной вы­соте насыпи можно разместить. Если же это условие не выполне­но, т.е. H_H<h_K, то необходимо по графикам водопропускной спо­собности подобрать эстакадный мост и определить глубину воды подпора при расчетном и максимальном расходах.

Методика подбора труб и мостов по графикам водопропуск­ной способности подробно излагается в учебнике.

Далее, необходимо выполнить проверку искусственного со­оружения и насыпи на незатопляемость.

Однако, так как отметки лога и бровки земляного полотна в исходных данных не задаются, то формулы несколько изменяют­ся, а проверка на незатопляемость производится в следующей по­следовательности.

В соответствии с требованиями СНиПа должны быть вы­полнены условия незатопляемости при расчетном и максималь­ном расходах пролетного строения моста и при максимальном расходе насыпи для моста и труб. Как уже отмечалось выше, по графикам водопропускной способности определяется глубина подпора воды при расчетном и максимальном расходах (на гра­фиках - шкала Н, м).

Обозначим:

h_n - глубина подпора воды при расчетном расходе;

h'_n - то же при максимальном расходе.

Тогда глубина воды на входе в искусственное сооружение:

далее, по формулам проверяются условия незатопляемости.

Для мостов:

Пролетного строения Q_p

то же при Q_max

Насыпи для мостов и труб:

В этих формулах:

т, т', т_н - норму, установленные в СНиП;

с - строительная высота пролетного строения эста­кадных мостов;

h_б - мощность верхнего строения - от подошвы рель­са до бровки земляного полотна (см. исходные данные).

По результатам проверки вычерчиваются схемы искусст­венных сооружений, на которых проставляются цифровые значе­ния исходных, нормативных, расчетных данных.

ПЕРЕЧЕНЬ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ

Практическое занятие № 1 Тяговые расчеты.

Практическое занятие № 2 Определение среднего естественного уклона местности по заданному направлению (работа с планом в горизонталях).

Практическое занятие № 3 Камеральное трассирование варианта железнодорожной линии протяженностью 10-15 км.

Практическое занятие № 4 Построение схематического продольного профиля по трассе.

Практическое занятие № 5 Проектирование плана линии (подбор радиусов кривых, расчет главных точек кривых).

Практическое занятие № 6 Проектирование подробного продольного профиля.

Практическое занятие № 7 Определение основных технико-экономических показателей варианта.

Практическое занятие № 8 Построение утрированного продольного профиля.

Практическое занятие № 9 Расчет расхода с вероятностью превышения 1% для ливневого стока и стока от снеготаяния

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ ПРИ ПОДГОТОВКЕ К ЭКЗАМЕНУ

1. Основные показатели работы железной дороги, устанавливаемые в результате экономических изысканий.

2. Стадии проектирования железных дорог.

3. Виды инженерных изысканий.

4. Деление железных дорог на категории по нормам проектирования.

5. Требования охраны природы при проектировании железных дорог.

6. Силы, действующие на поезд, их полные и удельные значения.

7. Удельное основное сопротивление движению.

8. Дополнительные сопротивления движению поездов от уклона, кривой, при трогании с места.

9. Силы тяги локомотива, ее ограничение по сцеплению.

10. Тяговые характеристики локомотивов, их практическое применение.

11. Определение тормозного коэффициента и ограничение скорости по тормозам.

12. Характер и режимы движения поезда.

13. Тормозная сила поезда, способы торможения, ограничение тормозной силы.

14. Определение тормозного коэффициента и ограничение скорости по тормозам.

15. Взаимодействие сил, действующих на поезд.

16. Режимы движения поезда и равнодействующих сил, действующих на поезд.

17. Определение скорости и времени хода поезда. Построение кривой скорости движения поезда.

18. Определение массы состава при уравновешенном движении.

19. Расчет массы состава при неустановившемся движении.

20. Проверка массы состава по условию трогания с места.

21. Определение массы нетто состава.

22. Элементы плана железной дороги.

23. Радиусы круговых кривых. Ограничение величины радиусов в минимальную и максимальную стороны.

24. Рекомендуемые и допускаемые радиусы кривых.

25. Переходные кривые. Их назначение, длина.

26. Разбивка переходных кривых.

27. Зависимые (смежные) кривые.

28. Классификация уклонов продольного профиля.

29. Длина и сопряжение элементов продольного профиля.

30. Вертикальные кривые. Элементы и главные точки вертикальных кривых.

31. Элементы плана раздельных пунктов.

32. Элементы профиля раздельных пунктов.

33. Обеспечение безопасности и плавности движения поездов.

34. Рекомендуемые и максимально допустимые нормы проектирования для линий разной категории и полезной длины приемоотправочных путей.

35. Наименьшая длина разделительных площадок и элементов переходной крутизны.

36. Обеспечение бесперебойности движения. Смягчение ограничивающих уклонов в кривых.

37. Смягчение руководящего уклона в тоннелях.

38. Продольный профиль и план линии на мостах и в тоннелях.

39. Подбор уклонов и переломов продольного профиля.

40. Проектирование профиля, обеспечивающее повышение скорости движения поездов.

41. Снижение скорости движения поезда в кривой малого радиуса.

42. Влияние расположения кривых малых радиусов на протяженность участка с ограничением скорости движения поездов.

43. Проектирование переломов профиля в зависимости от плана линии и искусственных сооружений.

44. Условные обозначения линейных сооружений на продольных профилях.

45. Проектирование плана и профиля на раздельных пунктах.

46. Классификация ходов трасс.

47. Трассирование на вольных ходах.

48. Трассирование на напряженных ходах.

49. Особенности трассирования на поперечно- водораздельных ходах.

50. Особенности трассирования в сложных природных условиях.

51. Трассирование по планам в горизонталях.

52. Показатели трассы и их анализ.

53. Водопропускные сооружения.

54. Сток поверхностных вод.

55. Ливневый сток.

56. Сток от снеготаяния.

57. Проверка сохранности водопропускных сооружений и насыпей на подходах к ним.

58. Водопропускная способность труб.

59. Водопропускная способность мостов.

60. Подбор отверстий малых водопропускных сооружений.

61. Предельная высота насыпи для размещения металлических гофрированных труб в зависимости от отверстия трубы.

62. Сохранность пролетного строения.

63. Строительная высота пролетных строений в зависимости от длины пролетных строений.

64. Выбор типа водопропускных сооружений.

65. Методы сравнения вариантов при проектировании железных дорог по денежным показателям.

66. Строительная стоимость вариантов.

67. Слагаемые эксплуатационных расходов.

68. Этапы и содержание изыскательских работ.

69. Укладка магистральных ходов.

70. Съемка полосы отвода вдоль трассы.

71. Привязка трассы к пунктам государственной геодезической сети.

72. Мощность железных дорог и факторы ее определяющие. Пути усиления мощности.

73. Проектирование вторых путей.

74. Сторонность второго пути.

75. Методика проектирования реконструкции продольного профиля.

76. Проектирование поперечных профилей земляного полотна.

77. Типы поперечных профилей земляного полотна вторых путей.

78. Проектирование реконструкции плана существующих линий.

79. Проектирование плана вторых путей.

ЛИТЕРАТУРА

1. Кантор И.И., Пауль В.П. Основы проектирования и постройки железных дорог. М.: Транспорт, 1983.

2. Кантор И.И., Гулецкий В.В. Основы проектирования и строительства железных дорог. М.: Транспорт, 1990.

3. Строительно-технические нормы МПС Российской Федерации. Железные дороги колеи 1520 мм СТН-Ц- 01-95. МПС РФ. М„ 1995.

4. Ганьшин В.Н., Хренов Л.С. Таблицы для разбивки круговых и переходных кривых. М.: Недра, 1985.

5. Правила тяговых расчетов для поездной работы. МПС СССР, ВИИЖТ. М.: Транспорт, 1989.

6. Кантор И.И., Основы изысканий и проектирования железных дорог. М.: УМК МПС России, 1999.