Железнодорожное полотно (Расчёт верхнего строения пути на прочность)

МПС РФ

ПГУПС

Кафедра «Железнодорожный путь»

Курсовой проект

Тема «Железнодорожное полотно»

Выполнил: студент группы С- 002

Ромась А. В.

Проверил: Романов А. В.

Санкт- Петербург

2004 г.

Часть 1.

Расчёт ВСП  на прочность.

1.1   Основные расчётные характеристики пути и подвижного состава.

Таблица 1.

Наименование	Единицы измерения	Величина
		Локомотив 2ТЭ116	Вагон 4-ёх- осный
Статические нагрузки от колеса на рельс	кН	110,4	100
Колёсная формула: Расстояние между осями в тележке. L1 L2	м. м.	2(30- 30) 1,85 1,85	20- 20   1,85 1,85
Неподрессоренный вес к одному колесу qk	кН	41,8	9,95
Жёсткость комплекта рессор Жр	МН/м	1,8	2,0
Диаметр колеса по кругу катания d	м	1,05	0,95
Скорость движения V	м/с	33,3	27,8
Коэффициент, учитывающий влияние подуклонки и внецентренное приложение сил f	Прямая	1,20	1,18
	Кривая     R= 500м	1,54	1,39

Расчётные характеристики пути

Таблица 2.

1.Тип рельса/прив. износ мм		Прямая				Кривая          R= 500м
		Р65/6				Р65/6
2.Материал шпал		Дерево
3.Эпюра шпал/расстояние между осями шпал l(м)		1840/0,55				2000/0,50
4.Материал балласта		Щебень
5.Толщина балласта (м)		0,45
6.Модуль упругости подрельсового основания U (МПа)		Лето	27			29,5
		Зима	45			59,5
7.Коэффт. Относительной жёсткости подрельсового основания k=(U/4*EI)1/2		Лето	1.1555			1.023
		Зима
Момент инерции в вертикальной плоскости Iв  (м4)		3208* 10-8
Момент сопротивления рельса относительно наиболее удалённого волокна на подошве рельса  Wn		417* 10-3
Геометрические характеристики поперечного сечения рельса (м)		ZT bT Zn bn		7.69*10-2 0.075 9.71*10-2 0.150
Площадь подкладки W(м)		594*10-4
Площадь полу-шпалы с поправкой на изгиб Ωα (м)		0,2853
Коэфф- ты к расчёту на основной площадке зем. Полотна (м)	C1 C2 A4			0.271 0.122 0.188	0.271 0.122 0.224
Коэфф- ты к расчёту доп. Динамической силы инерции, возникающей при прохождении колесом неровности на пути	α1 ε β γ			1 1 1 1

1.2 Определение максимального динамического давления от колеса на рельс.

Pmax^дин = P_ср+2,5S

P_ср= P_ст+ P_р^{^}

P_р^{^}=P_{max p}* 0.75

P_{max p}= Ж_р* Z_max

Z_max- максимальный прогиб рессор.

Для локомотива: Z_max= 7,9+ 10,368* 10^-3*V²

Для 4-ёх– осного вагона: Z_max= 10.0+ 20.736*10^-3*V²

                      Для локомотива: Z_max= 19,3* 10^-3 (м.)

                      Для 4-ёх– осного вагона: Z_max= 26,025* 10^-3 (м.)

P_{max p}= Ж_р* Z_max

Для локомотива: P_{max p}= 1,8*19,3* 10^-3 * 10⁶ = 34740  (Н.)

Для 4-ёх– осного вагона:P_{max p}= 2,0* 26,025* 10^-3 = 52050 (Н.)

P_р^{^}=P_{max p}* 0.75

Для локомотива: P_р^{^} = 34740* 0,75 = 26055 (Н.)

Для 4-ёх– осного вагона: P_р^{^} = 52050* 0,75 = 39037,5 (Н.)

P_ср= P_ст+ P_р^{^}

Для локомотива:P_ср=110,4*1000+ 26055= 136455 (Н.)

Для 4-ёх– осного вагона:P_ср=100* 1000+ 39037,5= 139037,5 ( Н.)

S= (S²_p+ S²_нп+q₁S²_инк + (1- q₁)*S²_ннк )^1/2

q₁= 0,05

S_p

S_p= 0,08* P_р^{^}

Для локомотива

S_p= 0,08* 26055=2084,4 (Н.)

Для вагона   

S_p= 0,08* 39037,5=31323 (Н.)

Для локомотива:

S_нп= 2,034* 10^-5* α₁* β* ε* γ*l*P^{^}*(U/k)^1|2*( q_k)^1|2* V

Лето: U= 27      в прямой

Лето: U= 29.5   в кривой

Зима: U= 57      в прямой

Зима: U= 59.5   в кривой

S_нп

S_нп= 2,034* 10^-5* α₁* β* ε* γ*l* P_ср *(U/k)^1|2*( q_k)^1|2* V

Летом в прямой

S_нп= 2,034* 10^-5* 1* 1* 1* 1*0.55*136455*(27/1.155)^1|2*(41,8*1000)^1|2* 20.8=1.52*5.19*204.45=31387 (Н.)

V_кр

V_кр= 50,556* (U*g/k*q_k)^1/2

V_кр= 50,556* (27*9.81/1.155*41800)^1/2=3.7  м/с

Так как  V_кр < V_движ то принимаем Y_max= 1.47

S_инк

S_инк= 0,5*10⁶* Y_max*(U/k)*aⁱ_1* α₀ⁱ

aⁱ_1* α₀ⁱ= 0.047*10^-2*0.433

S_инк= 0,5*10⁶* 1,47*(27/1,155)* 0.047*10^-2*0.433=3496,67 (Н.)

S_ннк

S_ннк=(6,739*10^-3* α₀ⁱ *U*V²(q_k)^1/2)/(d²(kU-326k² q_k*10^-6)^1/2)

S_ннк=(6,739*10^-3*0,433*27*20,8²(41800)^1/2)/(1,05²(1,155*27-326*(1,155)² *41800*10^-6)^1/2)=6321/3,607= 1752,6 (Н.)

S

S= (S²_p+ S²_нп+q₁S²_инк + (1- q₁)*S²_ннк )^1/2

S= (2084.4²+ 31387²+0.05*(3496.67)² + (1-0.05)*1752.6²)^1/2=(4344723+ 985143769+ 611335+ 2918026)^1/2=31512 (Н.)

Pmax^дин

Pmax^дин = P_ср+2,5S

Pmax^дин = 136455+2,5*31512= 215235 (Н.)

Летом в кривой

S_нп= 2,034* 10^-5* 1* 1* 1* 1*0.50*136455*(29,5/1,023)^1|2*(41,8*1000)^1|2* 20.8=1,38*5.37*204.45=31514 (Н.)

V_кр

V_кр= 50,556* (U*g/k*q_k)^1/2

V_кр= 50,556* (29,5*9.81/1.023*41800)^1/2=4,1  м/с

Так как  V_кр < V_движ то принимаем Y_max= 1.47

S_инк

S_инк= 0,5*10⁶* Y_max*(U/k)*aⁱ_1* α₀ⁱ

aⁱ_1* α₀ⁱ= 0.047*10^-2*0.433

S_инк= 0,5*10⁶* 1,47*(29,5/1,023)* 0.047*10^-2*0.433=4313 (Н.)

S_ннк

S_ннк=(6,739*10^-3* α₀ⁱ *U*V²(q_k)^1/2)/(d²(kU-326k² q_k*10^-6)^1/2)

S_ннк=(6,739*10^-3*0,433*29,5*20,8²(41800)^1/2)/(1,05²(1,023*29,5-326*(1,023)² *41800*10^-6)^1/2)=7613,718/4,08= 1866 (Н.)

S

S= (S²_p+ S²_нп+q₁S²_инк + (1- q₁)*S²_ннк )^1/2

S=(4344723+ 993132196+ 0,05*18601969+(1- 0,05)* 3481956)^1/2 = =31650 (Н.)

Pmax^дин

Pmax^дин = P_ср+2,5S

Pmax^дин = 136455+2,5*31650= 215579 (Н.)

Для вагона

Летом в прямой

S_нп= 2,034* 10^-5* 1* 1* 1* 1*0.55*139037,5*(27/1.155)^1|2*(9,95*1000)^1|2* 20.8=32,35* 4,83* 99,74= 15584,4 (Н.)

V_кр

V_кр= 50,556* (U*g/k*q_k)^1/2

V_кр= 50,556* (27*9.81/1.155*9,985)^1/2=7,6  м/с

Так как  V_кр < V_движ то принимаем Y_max= 1.47

S_инк

S_инк= 0,5*10⁶* Y_max*(U/k)*aⁱ_1* α₀ⁱ

aⁱ_1* α₀ⁱ= 0.047*10^-2*0.433

S_инк= 0,5*10⁶* 1,47*(27/1,155)* 0.047*10^-2*0.433=3496,67 (Н.)

S_ннк

S_ннк=(6,739*10^-3* α₀ⁱ *U*V²(q_k)^1/2)/(d²(kU-326k² q_k*10^-6)^1/2)

S_ннк=(6,739*10^-3*0,433*27*20,8²(9950)^1/2)/(0,95²(1,155*27-326*(1,155)² *9950*10^-6)^1/2)=37673/ 5,183= 7268 (Н.)

S

S= (S²_p+ S²_нп+q₁S²_инк + (1- q₁)*S²_ннк )^1/2

S= (9752879+242873523,4+ 611100,8+ 6904,6)^1/2=15913 (Н.)

Pmax^дин

Pmax^дин = P_ср+2,5S

Pmax^дин = 139037,5+ 2,5* 15913= 178821 (Н.)

Летом в кривой

S_нп= 2,034* 10^-5* 1* 1* 1* 1*0.55*139037,5*(29,5/1.023)^1|2*(9,95*1000)^1|2* 20.8=29,41* 5,369* 99,74= 15743 (Н.)

V_кр

V_кр= 50,556* (U*g/k*q_k)^1/2

V_кр= 50,556* (29,5*9.81/1.023*9,985)^1/2=8,3  м/с

Так как  V_кр < V_движ то принимаем Y_max= 1.47

S_инк

S_инк= 0,5*10⁶* Y_max*(U/k)*aⁱ_1* α₀ⁱ

aⁱ_1* α₀ⁱ= 0.047*10^-2*0.433

S_инк= 0,5*10⁶* 1,47*(29,5/1,023)* 0.047*10^-2*0.433=4313,4 (Н.)

S_ннк

S_ннк=(6,739*10^-3* α₀ⁱ *U*V²(q_k)^1/2)/(d²(kU-326k² q_k*10^-6)^1/2)

S_ннк=(6,739*10^-3*0,433*29,5*20,8²(9950)^1/2)/(0,95²(1,023*29,5-326*(1,023)² *9950*10^-6)^1/2)= 4114,149/ 5,174= 795 (Н.)

S

S= (S²_p+ S²_нп+q₁S²_инк + (1- q₁)*S²_ннк )^1/2

S= (9753129+ 247842049+ 930271+ 600424)^1/2=16097 (Н.)

Pmax^дин

Pmax^дин = P_ср+2,5S

Pmax^дин = 139037,5+ 2,5* 16097= 179281 (Н.)