Расчеты верхнего строения пути. Расчеты пути на прочность. Классификация рельсов по длине. Расчеты бесстыкового пути, страница 15

Длина рельса в эксплуатируемом пути начинает меняться при нагревании или охлаждении после  преодоления определенного сопротивления накладок в стыках R, значение которого зависит от силы затяжки болтов в стыках. Далее изменение длины рельса в связи с преодолением продольного погонного сопротивления, возникающего за счет прижатия подошвы рельса к шпалам костылями или клеммами, происходит несколько медленнее, чем свободно лежащего стержня.

Рельсы длиной 12,5 м являются обычными или короткими для всей сети железных дорог бывшего Союза, т.к. на раскрытие зазора от 0 до λ_конст и наоборот требуется перепад температуры 142˚С.

К обычным рельсам могут относиться и 25-метровые рельсы в районах, где небольшие годовые амплитуды колебания температуры рельсов. При существующем конструктивном зазоре на раскрытие и закрытие стыковых зазоров требуется перепад температуры λ_к/αl=21/0,295=71˚С. Поэтому с учетом преодоления стыкового сопротивления 25-метровые рельсы являются обычными в районах, где годовая температурная амплитуда не превышает 80-81˚С.

Стыковые зазоры рельсов обычной длины следует назначать из условия появления нулевых зазоров в момент наступления максимальной расчетной температуры. При этом стыковые зазоры могут не достигать своего конструктивного значения даже при минимальной расчетной температуре. Этот факт благоприятно сказывается на работе пути и подвижного состава в связи с уменьшением уровня динамического взаимодействия в зоне стыка.

В результате установки стыковых зазоров больше или меньше нормальных у рельсов обычной длины могут наблюдаться соответственно изгиб болтов и торцевое давление.

График изменения стыковых зазоров рельсов обычной длины имеет вид:

Средняя линия – линия нормальных зазоров. По ней назначают и устанавливают нормальные стыковые зазоры при ремонтах пути, а также при разгонке или регулировке стыковых зазоров в зависимости от фактической температуры рельса.

Верхняя линия – линия максимальных зазоров. По ней происходит закрытие стыковых зазоров при повышении температуры.

Нижняя линия – линия минимальных зазоров. По ней происходит раскрытие (увеличение) стыковых зазоров при понижении температуры.

Анализируя график изменения стыковых зазоров можно отметить, что:

- изменение стыкового зазора (закрытие или раскрытие) его при прямом ходе температур возможно только после преодоления одного стыкового сопротивления R;

- изменение стыкового зазора при обратном ходе температур возможно только после полного снятия стыкового сопротивления, препятствующего укорочению рельса, и преодоления стыкового сопротивления, препятствующего удлинению рельса, т.е. при обратном ходе температур необходимо преодолеть 2R стыковых сопротивления;

- при одной и той же температуре (утром и вечером) стыковые зазоры могут быть от минимального до максимального значения;

- постоянный зазор остается при перепаде температур, необходимым для преодоления двойного стыкового сопротивления.

При нормально уложенных рельсах обычной длины эпюра температурных сил с учетом преодоления стыкового и погонного сопротивления имеет вид: 

При костыльном скреплении растягивающие и сжимающие температурные силы одинаковы и могут быть определены по формуле:

N_сж=N_раст=R+rl/2

4.3 Длинные рельсы

Длинными принято называть такие рельсы, у которых нулевой зазор образуется при температуре, не достигшей своего максимального значения, а конструктивная величина стыкового зазора – при температуре, не достигшей своего минимального для данной местности значения. Дальнейшее повышение или понижение температуры рельса приводит соответственно к появлению и росту сил торцевого давления и изгибу болтов. При длинных рельсах конструктивной величины стыковых зазоров не хватает для компенсации годовых температурных деформаций. На большей части сети железных дорог Союза 25-метровые рельсы являются длинными.

Графики изменения стыковых зазоров 25-метровых рельсов и соответствующие им эпюры температурных сил имеет вид:

Посередине рельсов N_сж=N_торц+R+rl/2; N_раст=R+rl/2

По концам рельса N_сж=N_торц+R; N_раст=R

Наибольшая N_сж посередине рельса равна:

N_сж=N_торц+R+rl/2;

N_раст=N_бол+R+rl/2.

По концам рельса силы равны:

N_сж=N_торц+R;

N_раст=N_бол+R.

Устойчивость длинных рельсов на прямых и в кривых участках пути значительно отличается друг от друга. Перепады температур и критическая сила для различных конструкций пути в зависимости от плана линии приведены в табл.

Таблица – Значения допускаемых сжимающих перепадов температур и критических сил по устойчивости пути

Тип рельсов	Характеристика	Значение характеристик в зависимости от плана линии и типа рельсов
		прямая	1000	800	600	500	400	300
Р50 Р65 Р75	[∆tу], ºС	45 38 38	41 35 35	39 33 33	35 30 30	32 27 27	27 23 23	19 16 16
Р50 Р65 Р75	[Nк], тс	149 156 182	135 144 168	129 135 158	116 123 144	106 111 130	89 94 110	63 66 77

Фактические температурные силы зависят от установки зазоров в момент укладки рельсов и от состояния их в процессе эксплуатации. Фактические силы для конкретной конструкции пути и плана линии не должны превышать значений, указанных в табл. Однако не всегда это удается осуществить известными способами и приемами при существующей величине конструктивного стыкового зазора.

4.4 Влияние стыкового и погонного сопротивлений

С увеличением стыкового сопротивления в коротких рельсах, имеющих возможность неограниченно изменять свою длину в годовом цикле температур, возрастают пропорционально сжимающие и растягивающие температурные силы.