Проектирование и расчет рельсовой колеи в кривом участке железнодорожного пути

ВВЕДЕНИЕ

При проектировании рельсовой колеи в кривых участках пути определяется ее ширина, устанавливается возвышение наружного рельса, выбирают параметры переходных кривых (длина переходной кривой, уклоны отвода возвышения наружного рельса, величина сдвижки круговой кривой), вычисляются координаты для разбивки, а также определяется количество и порядок укладки укороченных рельсов в круговой и переходных кривых.

Устройство рельсовой колеи обусловлено конструкцией и размерами ходовых частей экипажа, характером воздействия подвижного состава и пути. Отечественные железные дороги в значительной степени отличаются от зарубежных по эксплуатационным показателям (нагрузке на ось, обращающемуся подвижному составу, скоростям движения, грузонапряженности участков пути).

Анализ влияния этих показателей на конструкцию рельсовой колеи при ее проектировании возможен только при использовании современной вычислительной техники.

1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ РЕЛЬСОВОЙ КОЛЕИ В КРИВОМ УЧАСТКЕ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ.

1.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОЙ И МИНИМАЛЬНО ДОПУСТИМОЙ ШИРИНЫ КОЛЕИ.

1.1.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОЙ ШИРИНЫ КОЛЕИ

За расчетную схему определения оптимальной ширины колеи  понимают схему свободного вписывания, при которой ж/д. экипаж своим наружным колесом передней оси жесткой базы  прижимается к наружному рельсу кривой, а задняя ось жесткой базы занимает радиальное положение. При этом центр вращения экипажа находиться на пересечении радиуса с продольной геометрической осью экипажа.

Для дальнейшего расчета определим некоторые исходные данные:

λ – расстояние от геом. оси первой колесной пары до центра вращения экипажа = 4200 мм.

 - поперечные разбеги осей =

= 1,5мм.;10…14мм.;1,5мм.

         Из приведенной схемы (рис. 1.1) видно что искомая ширина колеи будет находиться по формуле:

где:

q_max. - максимальный размер колесной пары который находится по формуле:

где:

d – толщина гребня бандажа, d_max = 33мм;

μ – утолщение гребня бандажа в сечении, расположенном выше расчетной плоскости; для локомотивных  μ = 0;

Т – насадка колес; согласно ПТЭ, Т=1440 3 мм, ее максимальное значение Т_max=1443 мм;

f_n – стрела изгиба наружной рельсовой нити от хорды АВ определяется по формуле:

где:

l– расстояние от геометрической оси первой колесной пары до центра вращения экипажа;

R– радиус кривой по оси пути;

b – расстояние в плане геометрической оси колесной пары до точки касания гребня колеса головки рельса. Это эначение находиться по формуле:

где:

r – радиус колеса по кругу катания.

τ – угол наклона гребня колеса к горизонту; для локомотивов τ =70⁰;

åh– сумма поперечных разбегов осей экипажа, влияющих на вписывание:

S_опт>S_птэ– свободное вписывание в этих условиях не обеспечено; следует перейти к определению минимальной ширины колеи.

1.1.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ МИНИМАЛЬНО ДОПУСТИМОЙ ШИРИНЫ КОЛЕИ

         На схеме (рис. 2.1) показано положение экипажа, оси которого имеют поперечные разбеги.

        

Из этой схемы видно, что искомая величина колеи находится:

где:

q_max = 1509 mm.

S_min=S_птэ- вписывание обеспечено.

1.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОЗВЫШЕНИЯ НАРУЖНОГО РЕЛЬСА.

(ИЗ УСЛОВИЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ИЗНОСА ОБЕИХ

РЕЛЬСОВЫХ НИТЕЙ, И УСЛОВИЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПАССАЖИРОВ, ОТ НЕПРИЯТНЫХ

ОЩУЩЕНИЙ)

         Внутренние и наружные рельсовые нити будут изнашиватся одинаково при условии идентичного суммарного воздействия на них вертикальных и горизонтальных сил.

         При устройстве возвышения происходит наклон экипажа (см. рис.2.1). В следствии чего появляется горизонтальная составляющая силы собственного веса, направленная внутрь кривой.

         Величина возвышения h по первому условию определяется по формуле:

(условие выполнено)

где:

V_ср² = квадратичная средневзвешенная по тоннажу скорость движения поездов, определяемая по формуле:

          Величина h будет недостаточна для скорых пассажирских поездов, имеющих скорость:

По условию комфортабельности езды  требуется, что бы ускорение действующее на пассажиров, не превышало допустимого значения.

         Величина возвышения по этому условию определяется по формуле:

где:

V_max. – max скорость движения пассажирских поездов

α_доп – доп. величина непогашенного центробежного ускорения.

         Получив по расчету больше, то принимаем h=150mm. Однако скорость движения пассажирских поездов по кривой заданного радиуса должна быть ограничена величиной, определяемой по формуле:

         Для реализации первоначально заданной скорости необходимо выполнить переустройство круговой кривой. Величина радиуса определяется из выражения:

1.2.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОЗВЫШЕНИЯ НАРУЖНОГО РЕЛЬСА НА ЭВМ

Радиусы кривых R=480 м, 700 м, 1500м.

Введите исходные данные:средние скорости и средние веса поездов

? 85 75 65 60 700 1200 700 2900

v1= 85 v2= 75 v3= 65 v4= 60

g1= 700 g2= 1200 g3= 700 g4= 2900

введите количество поездов каждой категории

? 4 8 20 35

n1= 4 n2= 8 n3= 20 n4= 35

введите максимальную скорость поездов на заданном участке пути

? 85

v0= 85

v-скорость средневзвешенная по тоннажу v= 62.44810104370117

введите r-радиус вашей кривой, м    (выход: r=0)

? 480

r= 480

h1-возвышение из условия равномерного износа h1= 102 (mm)

h2-возвышение из условия комфорт h2= 73 (mm)

h-принятое возвышение h= 102 (mm)

введите r-радиус вашей кривой, м    (выход: r=0)

? 700

r= 700

h1-возвышение из условия равномерного износа h1= 70 (mm)

h2-возвышение из условия комфорт h2= 14 (mm)

h-принятое возвышение h= 70 (mm)

введите r-радиус вашей кривой, м    (выход: r=0)

? 1500

r= 1500

h1-возвышение из условия равномерного износа h1= 32 (mm)

h2-возвышение из условия комфорт h2=-55 (mm)

h-принятое возвышение h= 32 (mm)

1.3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ, ПАРАМЕТРОВ ПЕРЕХОДНОЙ КРИВОЙ И ЭЛЕМЕНТОВ ДЛЯ ЕЕ РАЗБИВКИ.

         При проектировании переходных кривых выбирается их длина, геом. очертание кривой в плане и определяются координаты для их разбивки. Длина переходной кривой определяется несколькими условиями, основным из которых является плавность устройства отвода возвышения наружного рельса. По этому условию искомая длина:

где:

h – возвышение наружного рельса в кривой

 i_доп – допускаемый уклон прямолинейного отвода возвышения.

где:

V_max – максимальная скорость движения по кривой

         Найденная длина переходной кривой округляется до значения кратного 10 мм. Параметр переходной кривой С определяется из выражения:

         Возможность разбивки переходной кривой проверяется по условию:

         Величины М и Р определяются из условия:

         Находим величину m₀:

          Для определения положения НПК координаты ее конца (x₀:y₀) в точке КПК вычисляются из уравнения: