1.1. Рельсовая колея на прямых участках 1 страница

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

1.1. Рельсовая колея на прямых участках

Рельсовая колея характеризуется своей шириной, положением рельсовых нитей по уровню и подуклонкой рельсов, обусловленной коничностью1:20 колес подвижного состава. Ширина рельсовой колеи S тесно связана с размерными параметрами колесной пары (рисунок 1.1). На прямых участках всегда имеется свободный зазор между внутренними гранями головок рельсов и гребнями колес подвижного состава, благодаря чему обеспечиш8ллшвается свободный проход подвижного состава при минимуме сил взаимодействия колеса и рельса. Размеры ширины колеи S, насадки колес Т толщины гребня h (см. рис. 1.1) с учетом допусков и износа колес установлены Правилами технической эксплуатации железных дорог РФ. Шириной колесной пары q (см. рис. 1.1) называют расстояние между рабочими гранями гребней(реборд) колес в расчетной плоскости. Последняя расположена на 10 мм ниже средних кругов катания (для неизношенных колес и рельсов). Здесь же измеряется и ширина колеи S.

Из данных рис. 1.1 видно, что

S (1.1)

где - утолщение гребня выше расчетной плоскости, равное для вагонных колес 1 мм. Для локомотивных колес оно отсутствует ()

Рисунок 1.1. Колесная пара на рельсах:

1 – уровень катания; 2 – расчетная плоскости

Согласно ПТЭ для локомотивов и вагонов, обращающихся со скоростью до 120 км/ч включительно, Т = 1440 мм; =33 мм и =23 мм. При скоростях от 120 дор 140 км/ч Т = 1440 с допусками +3, -1 мм, =33 и =28 мм. Ширина колеи S в парямых установлена равной 1520 мм с допуском по уширению +8 мм и по сужению -4 мм, а на участках, где установлена скорость движения 50 км/ч и менее,- по уширению +10 мм, а по сужению -4 мм.

С учетом норм и допусков параметры колесных пар и рельсовой колеи на прямых в соответствии с формулой 1.1 представлены в таблице 1.1.

Ширина колеи менее 1512 и более 1548 мм не до пускается.

Таблица 1.1 – Размеры колесных пар и рельсовой колеи на прямых, мм

Параметры колесных пар и рельсовой колеи	Вагонные колеса при скоростях, км/ч	Локомотивные колеса при скоростях, км/ч
До 120	От 120 до 140	До 120	От 120 до 140
Насадка Т	макс
норм
мин
Толщина гребня h	макс
норм
мин
Ширина колесной пары q	макс
норм
мин
Ширина рельсовой колеи S	макс
норм
мин
Суммарный зазор δ	макс
норм
мин

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

1.2 Особенности устройства рельсовой колеи на кривых участках

При движении экипажа по кривой появляется центробежная сила. Эта сила создает дополнительное давление колес на наружную рельсовую нить, возникают отбои нитей, Кроме того, в кривых затрудняется прохождение ходовых частей экипажей.

С целью нейтрализации вредного влияния центробежной силы на путь и пассажиров, наружная рельсовая нить приподнимается (возвышается) над внутренней, а между прямыми и круговыми кривыми устраиваются переходные кривые. Для облегчения вписывания тележек подвижного состава в кривых приходится уширять рельсовую колею (обычно при R<350 м). Ввиду того, что внутренняя нить оказывается короче наружной, приходится с целью обеспечения расположения рельсовых стыков в одном створе (по наугольнику) укладывать по внутренней нити укороченные рельсы. Все эти особенности устройства рельсовой колеи в кривых зависят в основном от величины радиуса кривых, а также скорости движения поездов.

1.1.3. Определение необходимой ширины рельсовой колеи в кривых

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Ширина рельсовой колеи определяется из условия вписывания тележек подвижного состава (жесткой базы) в кривые соответствующего радиуса.

Длиной жесткой базы L называется расстояние между крайними осями тележки или безтележечного экипажа, остающимися при движении параллельными друг другу.

Вписыванием подвижного состава в кривые называется установившиеся при движении в кривой положение колесных пар жесткой базы относительно рабочих граней рельсовых нитей возникающие в результате взаимодействия между рельсовым путем и ходовыми частями экипажа. В зависимости от длины жесткой базы, радиуса кривой и ширины колеи вписывание может быть свободным, принудительным и заклиненным.

При свободном вписывании наблюдается минимальное силовое взаимодействие ходовых частей подвижного состава и колеи, а следовательно, наименьшие износы рельсов и колес, и затраты энергии на движение. (По этой причине стремятся обеспечить свободное вписывание). При заклиненном вписывании колесные пары жесткой базы тележек не имеют никакой поперечной свободы, ввиду чего создаются особо неблагоприятные условия взаимодействия подвижного состава и рельсовой колеи в кривой. В нормальных условиях оно не допускается.

Промежуточное положение жесткой базы тележки между заклиненным и свободном вписыванием характеризует принудительное вписывание, допускаемое в основном для локомотивов. Для облегчения вписывания тележек экипажей в кривые их колесные пары имеют, как правело, поперечные разбеги относительно жесткой рамы (табл.1.2). ПТЭ железных дорог РФ установлены следующие нормы ширины колеи (табл.1.3). Допускаются отклонения по уширению +8 мм и по сужению до -4 мм, а на участках со скоростью движения не свыше 50 км\ч соответственно до +10 и -4 мм.

Таблица 1.2 – Параметры ходовых частей подвижного состава

Тип экипажа	Конструкционная скорость V км\ч	Радиус колеса по кругу катания r,см	Количество осей в жесткой базе	Длина жесткой базы L,см	Поперечные разбеги осей η, мм
крайних	Средней у трехосной тележки
Электровозы переменного ток
ВЛ10		62,5			1,0	Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист -

Таблица 1.3 – Нормативная ширина колеи

План линии	Ширина колеи, мм
Прямые и кривые радиусом 350 м и более
Кривые радиусом от349 до 300 м
Кривые радиусом от 299 м и менее

В курсовом проекте необходимо для заданного экипажа (локомотива или вагона в соответствии с заданием) определить оптимальную и минимально допустимую ширину колеи в кривой заданного радиуса, сравнить ее с нормативной и сделать соответствующий вывод о характере вписывания данного экипажа в кривую.

Определение оптимальной ширины колеи. При определении оптимальной ширины колеи за исходную принимают схему свободного вписывания. На рис.1.2 представлена схема такого вписывания для трехосной тележки с учетом разбегов крайних осей.

Для двухосной тележки принципиальная схема сохраняется такой же (без средней оси). Точкой О обозначен центр вращения тележки. При свободном вписывании он находится на задней оси и внутреннее колесо этой оси своим гребнем касается внутренней нити кривой, не взаимодействуя с ней.

Оптимальная ширина колеи в мм определяется по формуле:

= (1.2)

= 1509+14,5-1+4 = 1526,5 мм

где – максимальная ширина колесной пары (см. данные табл. 1.1); - стрела изгиба наружного рельса в мм при хорде АВ, 4 – допуск на сужение колеи.

АВ=2∙(λ+b); (1.3)

Величина стрелы определяется по формуле:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

= = (1.4)

Где λ – расстояние от центра вращения тележки О до геометрической оси первой колесной пары, равное в данном случае длине жесткой базы L, мм; R – радиус кривой, мм; b – расстояние от оси первой колесной пары до точки касания гребня колеса с рельсом, определяемое по формуле:

b= (1.5)

где r – радиус колеса, мм; - угол наклона рабочей поверхности гребня колеса к горизонту, равный для нового вагонного колеса 6 , для локомотивных бандажей 7

Рисунок 1.2. Схема свободного вписывания трехосной тележки в кривую.

Значение величин L,r, представлены в таблице 1.2.

Полученное значение сравнивают с нормативным [S] по данным таблицы1.3. Если [S], то принимают нормативную ширину колеи. Если же окажется больше [S], то необходимо определить минимально допустимую ширину колеи.

Определение минимально допустимой ширины колеи. При определении минимально допустимой ширины колеи за исходную принимаем схему 1.3.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Рисунок 1.3. Схема заклиненного вписывания двухосной тележки в кривую

Т.к [S], то необходимо определить минимально допустимую ширину колеи.

S_min = q_max +f_н + f_в + + 4 = 1509 + 2 + 2 + 4 = 1517 мм

f_н = мм

f_в = мм

Таким образом, требуемая минимально допустимая ширина рельсовой колеи в кривой радиусом R = 620 м, полученная для пропуска локомотива ВЛ10, не противоречит требованиям ПТЭ [S] = 1520 мм.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

1.2.Расчет возвышения наружной рельсовой нити в кривой

Перемещение экипажа в кривой складывается из двух движений: поступательного и вращательного вокруг точки, расположенной на продольной оси экипажа, называемой центром поворота.

Непрерывное вращение экипажа относительно центра поворота происходит под действием сил, возникающих в точках соприкосновения гребней колес направляющих осей с боковой гранью головки рельсов. Это направляющие силы.

При непрерывном повороте экипажа в кривой возникает центробежная сила J, равная произведению массы экипажа m на величину ускорения и направленная в сторону от центра кривой (рис.1.4), определяется по формуле:

J = (1.6)

Где V – скорость движения; R – радиус кривой.

Рисунок 1.4. Расчетная схема для определения возвышения наружного рельса в кривой

Где h – возвышение наружного рельса в кривой радиуса R; – расстояние между осями рельсов ( = 1600 мм); G – вес экипажа; J – центробежная сила; N,T - составляющие веса экипажа G; a – угол наклона полотна пути.

При возвышении наружного рельса центробежная сила уменьшается на величину горизонтальной составляющей веса экипажа, определяемой по формуле:

Т = mg (1.7)

Где g – ускорение силы тяжести; h – возвышение наружного рельса; - расстояние между осями рельсовых нитей.

Разница между силами J и Т называют непогашенной центробежной силой. Возвышение наружного рельса определяется по формуле:

h = 12,5 (1.8)

где - приведенная скорость поездопотока, R – радиус кривой.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

(1.9)

Где – число поездов; Q – масса поездов; – фактическая скорость поездов.

В развернутом виде формула(1.9) выглядит следующим образом:

(1.10)

Где - количество, вес и средняя скорость соответственно пассажирских и грузовых поездов.

Квадрат приведенной скорости грузопотока в соответствии с выражением (1.10). Подставив численные значения величин из исходных данных. Для кривой радиусом R = 620 м.

= =

Возвышение наружного рельса для кривой радиусом R=620 м.

h =

Определим h из условия обеспечения комфортабельности езды пассажиров.

h=12,5 – 115 = 86 мм

Окончательно принимаем из двух значений большее с ограничением ≤ 150 мм, и округлением с точностью до 5 мм h = 90 мм.

1.3. Проектирование переходных кривых

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Прямые и круговые кривые во избежание внезапного появления центробежной силы должны сопрягаться плавно с помощью переходных кривых. Основное назначение переходных кривых заключается в обеспечение плавного изменения центробежных сил при входе экипажей в круговую кривую и выходе из нее. На их протяжении осуществляют плавные отводы возвышения наружной рельсовой нити и уширения колеи в круговой кривой. Схема переходной кривой в увязке с отводом возвышения наружной рельсовой нити и изменением центробежной силы представлена на рисунке 1.5

Рисунок 1.5. Схема переходной кривой

а – изменение возвышения наружной рельсовой нити над внутренней;

б – план участка пути с переходной кривой (по оси пути);

в – изменение центробежной силы;

В качестве переходных кривых чаще всего используют радиоидальные спирали и реже – кубические параболы. У этих кривых кривизна изменяются плавно, увеличиваясь пропорционально их длине ,

= = (1.11)

где С - Коэффициент пропорциональности, называемый параметром переходной кривой; – радиус кривизны.

Столь же плавно изменяется центробежное ускорение, а следовательно, и центробежные силы, благодаря чему снижается их отрицательное воздействие на пассажиров, путь и подвижной состав(рис. 1.5в).

Учитывая, что для конца переходной кривой = и =R, параметр переходной кривой

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

определяется как:

C = R (1.12)

Длина переходной кривой определяется из условий ограничения вертикальной составляющей скорости подъема колеса на наружный рельс ʄ и скорости нарастания поперечного ускорения ψ. Из первого ограничения устанавливается номер крутизны отвода возвышения наружного рельса на переводной кривой. Рекомендуемые при выправке переходных кривых и производстве ремонтных работ уклоны приведены в табл. 1.4. Минимальная длина переходной кривой в эксплуатации определяется по предельно допустимым уклонам.

По второму условию, ограничивающему скорость нарастание непогашенного горизонтального ускорения ψ, длина переходной кривой должна удовлетворять условию:

(1.13)

При – 0,7 м\ , ψ = 0,6 м\ , и V в км/ч

(1.14)

Длину переходной определяют по формуле кривой

(1.15)

И проверяют по условию (1.14).

Во всех случаях длина переходной кривой не должна быть менее 20 м. Полученные по расчету значения длины переходной кривой округляются до значения кратного 10 м в большую сторону. После установления длины определяют параметр С переходной кривой по формуле (1.12). Разбивка переходных кривых. Элементы переходных кривых необходимые для их разбивки на местности, находятся в зависимости от способа разбивки. Различают следующие способы разбивки переходных кривых: способ сдвижки круговой кривой вовнутрь; способ введения дополнительных круговых кривых меньшего радиуса, чем радиус основной кривой; способ смещения центра и изменение радиус.

Таблица 1.4 – Рекомендуемые (при сплошной выправке переходных кривых и производстве ремонтных работ) и предельно допускаемые уклоны отводов возвышения наружного рельса в кривых

Уклоны отвода возвышения, мм/м	Установленная скорость движения поездов, км/ч
рекомендуемые	Предельно допускаемые
0,5	0,7
0,8	1,0
0,9	1,2
1,0	1,4
1,2	1,6
1,4	1,7
1,6	1,9
1,8	2,1
1,9	2,3
2,0	2,5
2,1	2,7
2,3	2,9
2,5	3,0
2,7	3,1
3,0	3,2
	Более 3,2	Закрывается движение поездов

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Рассмотрим случай разбивки переходных кривых способом сдвижки. Этот способ заключается в следующем. Для разбивки кривых по координатам необходимо знать (рис. 1.6) сдвижку p круговой кривой и расстояние от НПК до тангенсального столбика . Но для этого, прежде всего, находят m – расстояние от начала переходной кривой до нового положения тангенсального столбика Т, затем определяют сдвижку p,угол и все ординаты кривой. Из рис.1.6 видно, что:

Дата добавления: 2015-09-30