Расчет железнодорожного пути на прочность и устойчивость

1 РАСЧЕТ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ НА ПРОЧНОСТЬ И УСТОЙЧИВОСТЬ

1.1 Основные положения расчета

Методы расчетов железнодорожного пути на прочность должны представлять возможность выбора конструкций с заданными уровнями прочности в конкретных условиях эксплуатации.

В инженерные методы расчетов верхнего строения пути на прочность введены следующие основные принципы:

1) динамические вертикальные силы, передаваемые подвижным составом рельсам, являются статическими величинами с высоким уровнем вероятности. Этим обеспечивается условие, что 99,4 % всего количества колес данного типа, прошедших через расчётное сечение, вызовут напряжение в рельсах меньше принятого возможного;

2) возникающие в эксплуатации дефекты рельсов являются следствием накопления усталостных повреждений в металле. Эти повреждения и остаточные деформации других элементов пути накапливаются по мере увеличения пропущенного по рельсам тоннажа;

3) параметры прочности материалов также являются статическими величинами. Это объясняется тем, что значение средних динамических напряжений в элементах пути определяются с большой точностью статическими осевыми нагрузками, которые при заданных условиях эксплуатации изменяются относительно мало.

При определении напряжений в элементах пути от действия вертикальных нагрузок в динамике принято, что на расчётном колесе, то есть колесе, стоящем в рассматриваемом сечении, действует наибольшая нагрузка, а на других колесах, смежных с расчетными – нагрузки средней величины.

1.2 Характеристика участка  пути

Для расчетов пути на прочность и устойчивость необходимо знать ряд характеристик взаимодействующих систем: пути и подвижного состава.

Согласно заданию : на  участке  пути  уложены рельсы Р65 с износом до 3 мм, шпалы  железобетонные,  эпюра  1840 шт/км в прямой, 2000 шт/км  в  кривой, балласт щебеночный,  скрепление-раздельное,  участок  линии  расположен  в  Гомеле,путь бесстыковой плети длиной до 800 м, в плане  путь  имеет прямые и  кривые  участки,  радиусы  кривых  600  м и более,  cкорость пассажирских поездов до 100км/ч, тяга – теплловозная,  на  участке  применена  автоблоки- ровка с кодированными рельсовыми цепями и АЛСН. Согласно заданию на участке обращаются тепловозы ТЭП-70, 2ТЭ10Л, четырех-, шести-, восьми- осные вагоны с тележками ЦНИИ-ХЗ-0, УВЗ-9м, ЦНИИ-ХЗ-0соответственно.

1.3Характеристика подвижного состава

        Характеристика подвижного состава, обращающегося на участке , приведена в таблице 1.1.

Таблица 1.1 Расчётные характеристики вагонов и локомотивов.

Тип экипажа и колесная формула	Конструкционная скорость Vк км/ч	Отнесенные к колесу			Статический прогиб рес-сорного подвешивания fст, мм	Диаметр колеса по кругу катания d, мм	Последовательные рас-стояния между осями колесных пар l, мм
		Статическая наг-рузка на рельс Рст, кгс	Вес необрессорен-ной части q, кгс	Жесткость рессор-ного подвешивания Жр, кгс/мм
1	2	3	4	5	6	7	8
Вагон грузовой четырех- осный	100	10500 10550	975 995	200	48,0	95	185-675-185
Вагон грузовой шестиос-ный	100	10700	1070	195	50,0	95	175-175-694-175-175
ТЭП-70	160	11075	3080	125	180,0	122	200-230
Вагон восьми-осный	100	10550	975	200	48,0	95	185-135-185-702-  185-135-185
2ТЭ10Л	100	10650	2240	119	69,0	105	210-210-500-210-210

 

1.4 Определение расчётного экипажа

Методы расчетов железнодорожного пути на прочность и устойчивость представляют возможность выбора конструкций с заданными уровнями прочности и устойчивости в конкретных условиях эксплуатации (типах подвижного состава, распределениях вероятностей осевых нагрузок и скоростей движения, кривизне пути в плане, нормах и допусках содержания пути и подвижного состава и т. д.) Кроме того, должна обеспечиваться возможность определения максимальных допустимых скоростей движения

различных типов экипажей по тому или иному типу верхнего строения пути, исходя из требований обеспечения прочности, устойчивости и надежности элементов пути.

В инженерные методы расчетов верхнего строения пути на прочность введены следующие основные принципы и предпосылки:

—динамические вертикальные силы, передаваемые подвижным составом рель­сам, являются статистическими величинами с высоким уровнем вероятности. Этим обеспечивается условие, что 99,4% всего количества колес данного типа, прошедших через расчетное сечение, вызовут напряжения в рельсах меньше при­нятого возможного;

—возникающие в эксплуатации дефекты рельсов являются следствием накоп­ления усталостных повреждений в металле. Эти повреждения и остаточные де­формации других элементов пути накапливаются по мере увеличения пропущен­ного по рельсам тоннажа;

—параметры прочности материалов также являются статистическими величи­нами, однако принимается, что значения возникающих в элементах пути динамиче­ских напряжений не должны выходить за некоторые установленные уровни наи­больших допускаемых напряжений. Это объясняется тем, что значения средних динамических напряжений в элементах пути определяются с большой точностью статическими осевыми нагрузками, которые при заданных условиях эксплуатации изменяются относительно мало. Поэтому заданием максимально допустимых на­пряжений (с определенной вероятностью их превышения) можно практически точ­но и полностью получить статистическую совокупность (кривую распределения их вероятностей) допускаемых напряжений. Таким образом, в каждом конкретном случае ограничением наибольших допускаемых напряжений, при соответствую­щем их выборе, можно снизить или предотвратить выход из строя рельсов по уста­лостным дефектам, а также уменьшить интенсивность накопления остаточных де­формаций железнодорожного пути.

При определении напряжений в элементах пути от действия вертикальных на­грузок в динамике принято, что на расчетном колесе, т. е. колесе, стоящем в рас­сматриваемом сечении, действует наибольшая реальная нагрузка, а на других ко­лесах, смежных с расчетным, — нагрузки средней величины.

Такое допущение дает очень малую погрешность, т. к. влияние смежных грузов на изгибающие моменты и на поперечную силу, действующую на шпалы в расчетном сечении, не превышает 20%, а вследствие того, что в композицию рас­пределения вероятностей составляющих веса смежных колес входят не только пе­регрузки, но и разгрузки их, размер этого влияния оказывается существенно меньше указанного.