Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Санкт - Петербургский Государственный Университет

Путей Сообщения

Кафедра «Железнодорожный путь»

Курсовая работа

Проектирование конструкции одиночного стрелочного перевода

Выполнил

студент группы С-304

Дружинин Е.А

Проверил

Гайдамакина О.В

Санкт - Петербург 2006 год

Введение

Одиночные стрелочные переводы являются самыми распространенными на сети железных дорог. Тип стрелочного перевода определяется весом рельса, а марка углом отклонения бокового пути от прямого направления.

Наибольшее распространение на сети железных дорог получили стрелочные переводы типов Р-50, Р-65, Р-75; марок 1/9, 1/11, 1/18. Стрелочный перевод должен соответствовать эксплуатационным условиям. На сети железных дорог применяются стрелочные переводы с гибкими остряками и остряками с вкладышно-накладочными корневым креплением. Крестовины применяются сборные общей отливки наиболее изливаемой части усовина и сердечника, из высоко марганцевой стали, с подвижным сердечником и гибкими ветвями, с поворотным сердечником.

В качестве основания под стрелочный перевод чаще всего используются деревянные брусья, также используются железобетонные брусья и плитное основание. Использование ЭВМ предполагает получать оптимальное решение. При выборе основных параметров стрелочного перевода следует предусматривать условия изготовления, эксплуатации, взаимодействие колеса со стрелочным переводом. Следует стремиться к тому, чтобы длина стрелочного перевода была минимальной, а скорости движения по прямому и боковому пути - максимальными. При проектировании рельсовой колеи в кривых участках пути определяется её ширина, устанавливается возвышение наружного рельса, выбираются параметры переходных кривых (длинна переходной кривой, уклоны отвода возвышения наружного рельса, величина сдвигания круговой кривой), вычисляются координаты для разбивки, а также определяется количество и порядок укладки укороченных рельсов в круговой и переходной кривых.

Устройство рельсовой колеи обусловлено конструкцией и размерами ходовых частей экипажа, характером взаимодействия подвижного состава и пути. Отечественные железные дороги в значительной степени отличаются от зарубежных по эксплуатационным показателям (нагрузки на ось, грузонапряженности участков пути).

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

1. Проектирование и расчет рельсовой колеи в кривых участках пути

1.1 Определение оптимальной ширины колеи

За расчетную схему определения оптимальной ширины колеи принимают схему свободного вписывания, при которой железнодорожный 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 находится на пересечении радиуса с продольной геометрической осью экипажа.

Схема приведена на рисунке 1.

Рис. 1 Схема для определения оптимальной ширины колеи при свободном вписывании трехосной жесткой базы с поперечными разбегами осей

Согласно схеме свободного вписывания оптимальная ширина колеи определяется по формуле:

,

где - максимальный размер колесной колеи,

;

T - насадка колес; согласно ПТЭ = 1443 мм;

d - толщина гребня бандажа, = 33 мм;

- утолщение гребня бандажа в сечении, расположенном выше расчетной плоскости; для локомотивных колес ;

- стрела изгиба наружной рельсовой нити

,

где - расстояние от геометрической оси первой колесной пары до центра вращения экипажа;

R - радиус кривой по оси пути;

b - расстояние в плане от геометрической оси колесной пары до точки касания гребнем колеса головки рельса,

где r - радиус колеса по кругу катания;

- угол наклона гребня колеса к горизонту; для локомотивов == 70°;

- геометрическая величина, которая возникает при вписывании как двухосных, так и трехосных экипажей с поперечными разбегами осей и которая в зависимости от величины и соотношения между и может принимать различные значения.

Здесь - сумма поперечных разбегов осей экипажа, влияющих на вписывание;

- стрела изгиба внутренней рельсовой нити; определяется по формуле

.

Находим оптимальную ширину колеи:

b = мм

fн мм

fв мм

мм

Величина может принимать следующие значения:

а) если 0, то , т. е. вписывание происходит при отсутствии поперечных разбегов;

б) если , то , т. е. в формулу вместо подставляется численное значение суммы поперечных разбегов; при этом внутренний гребень колеса передней оси еще не касается внутреннего рельса. В этом случае выражение примет вид

;

в) если, то , т.е. значению стрелы изгиба внутреннего рельса, при этом внутренний гребень колеса передней оси будет касаться внутреннего рельса кривой:

.

Цифра 4 в формуле представляет собой допуск на сужение колеи в миллиметрах.

Т.к. следовательно, определяем по варианту б):

мм

При определении оптимальной ширины колеи возможны следующие случаи:

1) если , то вписывание в условиях оптимальной ширины колеи обеспечено;

2) если , то свободное вписывание в этих условиях не обеспечено; следует перейти к определению минимально допустимой ширины колеи.

Вывод: вписывание в условиях оптимальной ширины колеи обеспечено.

1.2 Определение минимально допустимой ширины колеи

Расчетная схема соответствует заклининому вписыванию экипажа в кривую.



Рис. 2 Схема для определения минимально допустимой ширины колеи при заклинивании трехосной жесткой базы без поперечных разбегов осей.

.

Это выражение по своему внешнему виду отличается лишь величиной , которая представляет собой некоторый запас, принимаемый равным минимальному зазору между гребнем колеса и рабочей гранью рельса в прямых. Он равен для вагонов - 5мм, для локомотивов - 7 мм (при колее 1520мм). Величину необходимо прибавить для того, чтобы избежать заклинивания колес, при котором движение экипажа опасно.

b = мм

fн мм

fв мм

При заклиненном вписывании трехосной жесткой базы в выборе величины возможны те же частные случаи, что и при свободном вписывании, т. е.

а) если , то ;

;

б) если , то ;

;

в) если , то ;

.

Для определения минимально допустимой ширины колеи при используем случай в):

мм

Т.к. , то вписывание обеспечено.

1.3 Определение возвышения наружного рельса

При движении железнодорожного экипажа по кривым возникают дополнительные по сравнению с прямыми участками силы взаимодействия пути и подвижного состава: центробежная сила, направленная наружу кривой; вертикальный перегруз одной из рельсовых нитей и недогруз другой; радиальное давление, приложенное к рельсу наружной нити со стороны реборды колеса передней оси жесткой базы экипажа; сила ветра, которая в отдельных случаях может оказывать значительное воздействие на путь и подвижной состав.

Для снижения воздействия этих сил в кривых участках устраивается возвышение наружного рельса.

Величина этого возвышения определяется следующими тремя условиями:

- обеспечением равномерного вертикального износа обеих рельсов;

- обеспечением пассажиров от неприятных ощущений при воздействии поперечных ускорений;

- обеспечением экипажа от опрокидывания в кривых.

1.3.1 Определение возвышения наружного рельса из условия обеспечения равномерного износа обеих рельсовых нитей

Рис.3 Схема положения экипажа и действующих на него сил при движении по кривой

Внутренняя и наружная рельсовые нити будут изнашиваться одинаково при условии идентичного суммарного воздействия на них вертикальных и горизонтальных сил. Возвышение наружного рельса должно быть таким, чтобы центробежная сила и центростремительная взаимно уравновесились, тогда равнодействующая будет направлена по оси пути и обе рельсовые нити будут нагружены одинаково.

Величина возвышения наружного рельса определяется по формуле

,

где R - радиус кривой, м;

- квадратичная средневзвешенная по тоннажу скорость движения поездов,

,

где Ni - количество поездов в сутки той или иной категории (скорых, пассажирских и др.);

Gi - вес поезда соответствующей категории, m;

Vi - скорость движения соответствующих поездов, км/ч;

К - коэффициент учета смещения центра тяжести экипажа относительно середины колеи.

Определяем значение :

V2ср = км/ч

Находим величину возвышения для всех трех кривых

h1 = мм

h2 = мм

h3 = мм

1.3.2 Определение возвышения наружного рельса по условию комфортабельности езды пассажиров

,

где - максимальная скорость движения пассажирских поездов, км/ч;

- допустимая величина непогашенного центробежного ускорения (на дорогах СССР установлена 0, 7 м/с2).

Находим величину возвышения для всех трех кривых:

h1 мм

h2 мм

h3 мм

Вывод:

1. R = 400 м, h=337 мм принимаем h1= 150 мм

2. R = 570 м, h= 237 мм принимаем h2= 150 мм

3. R = 740 м, h=182 мм принимаем h3= 150 мм

V1max=92 км/ч

V2max=109,8 км/ч

V3max=125,1 км/ч

,

Из двух значений h найденных по приведенным условиям, принимается большее. Принятое значение h округляется до величины, кратной 5 мм. Однако, согласно ПТЭ, она не должна превышать наибольшей допустимой величины, равной 150 мм.

1.4 Проектирование переходных кривых

Переходные кривые предназначены для соединения прямого участка пути с кривой заданного радиуса с целью обеспечения плавного перехода экипажей в кривой участок пути без толчков и ударов. На переходной кривой полностью осуществляется отвод возвышения наружного рельса и уширения колеи.

При проектировании переходных кривых выбирается их длина, геометрическое очертание кривой в плане и определяются координаты для ее 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, мм;

- допускаемый уклон прямолинейного отвода возвышения,

,

где - максимальная скорость движения по кривой, км/ч.

м

Найденная длина до значения, кратного 10 м: .

Параметр переходной кривой С, необходимый для определения координат точек переходной кривой определяется из выражения, м2,

С = 400 100 = 40000

Возможность разбивки переходной кривой проверяется по условию

,

где - заданный угол поворота всей кривой (круговой и двух переходных);

- угол поворота переходной кривой.

Для 1-й кривой:

0 17

Условие выполняется.

Для разбивки переходных кривых известны различные способы. Рассмотрим наиболее распространенный на практике случай разбивки переходной кривой способом сдвижки центра 0 (рис. 3).

Рис. 4. Схема разбивки переходной кривой методом сдвижки центра O в положение .

Разбивку переходной кривой производят в предположении, что на местности известно положение тангенса первоначальной круговой кривой (точки T). Для определения положения начала переходной кривой необходимо вычислить величину . Из приведенной схемы (рис. 3) находим:

.

Неизвестные величины m и P определятся как

;

.

Зная положение начала переходной кривой НПК, координаты ее конца (; ) в точке КПК вычисляются по уравнению радиоидальной спирали в параметрической форме:

;

Координаты точек переходной кривой через каждые 10 м вычисляются по уравнению радиоидальной спирали в прямоугольной системе координат:

.

Результаты вычислений сведены в табл. 1.

Таблица 1

x	НПК0	10	20	30	40	50	60	70	80	90
y	0	0,004	0,033	0,113	0,257	0,521	0,900	1,430	2,136	3,045
КПК 100
4,182

1.5 Укороченные рельсы

В кривых участках пути внутренняя рельсовая нить короче наружной, поэтому при расположении стыков по наугольнику возникает необходимость укладки укороченных рельсов. Для каждой кривой выбираются тип укорочения, количество и порядок укладки укороченных рельсов.

Установлено четыре типа стандартных укорочений.

Выбор типа укороченных рельсов для данной кривой производится по формуле

,

где - ширина колеи по оси головки рельсов в пределах круговой кривой;

,

где b - ширина головки рельса;

- нормативная ширина колеи в кривых в зависимости от радиуса;

- длина нормального рельса;

R - радиус круговой кривой.

мм

Тогда величина укорочения будет равна:

м

Вычислив величину укорочения, принимаем ближайшее большее стандартное укорочение. К = 160 мм.

Необходимое количество укороченных рельсов принятого размера определим из выражения

,

где E - полное укорочение на всей кривой;

К - принятое стандартное укорочение;

,

где - укорочение в пределах переходной кривой; определяется по формуле

,

где - средняя ширина колеи между осями головок рельсов в пределах переходной кривой;

,

где - ширина колеи между рабочими гранями головок рельсов в прямых участках пути.

Укорочение в пределах круговой кривой определится как

,

где - длина оставшейся части круговой кривой после разбивки переходных кривых;

,

где - полный угол поворота кривой с учетом переходных кривых;

- угол поворота в пределах переходной кривой.

По формулам определяем количество укороченных рельсов.

L kk = 400 34 2 7,16 137,3

180

137,3

E кк =1595 = 547,49 мм

400

мм

1002

Eпк = 1595 199,375 мм

2 40000

Е = 2 199,375 + 137,3 = 536,05 мм

Количество рельсов

536,05

N = = 3, 35 = 4

160

Укороченные рельсы укладываются в тех местах кривой, где накапливающийся забег стыков достигает половины принятого стандартного укорочения. Порядок укладки укороченных рельсов определяется в табличной форме (табл.2).

Таблица 2

Элемент пути в плане	№ рельсов	Длина рельсов с учетом зазора, м	Длина элемента плана , м	Сумма требуемого укорочения к концу каждого рельса, мм	Величина принятого укорочения	Сумма принятого укорочения	Величина несовпадения стыков	Укладываемый рельс
Прямая	1'
НПК	1''
Переходная	2
кривая =70	3
КПК	4'
НКК l кк = 4.19	4''
НПК l 0 = 70	4”'
КПК	6
Прямая	8

2. Расчет и проектирование эпюры одиночного стрелочного перевода

Одиночные обыкновенные стрелочные переводы являются самыми распространенными на сети железных дорог РФ. Тип стрелочного перевода определяется весом рельса, а марка - тангенсом угла отклонения бокового пути от прямого направления. Наибольшее распространение на сети железных дорог получили стрелочные переводы типов Р50, Р65, Р75, марок 1/9, 1/11, 1/18.

Стрелочный перевод должен соответствовать эксплуатационным условиям. Эти условия характеризуются грузонапряженностью участка, нагрузками на ось и скоростями движения по прямому и боковому путям стрелочного перевода.

На сети железных дорог применяются стрелочные переводы с гибкими остряками и остряками с вкладышно-накладочным корневым креплением. Крестовины применяются сборные общей отливки наиболее изнашиваемой части усовика и сердечника, из высокмарганцевистой стали, с подвижным сердечником и гибкими ветвями, с поворотным сердечником.

В качестве основания под стрелочные переводы чаще всего применяются деревянные брусья. Также используются железобетонные брусья и плитное основание.

При выборе основных параметров стрелочного перевода следует предусматривать условия изготовления, эксплуатации, взаимодействия колеса со стрелочным переводом

2.1 Определение размеров сборной крестовины общей отливки сердечника с наиболее изнашиваемой частью усовиков

Рис. 5 Крестовина сборная, типа общей отливки сердечника с наиболее изнашиваемой частью усовиков

Расчет начинают с определения крестовинного угла по заданной марке крестовины. Если М=1/N = , то

где 1/N - значение марки крестовины 1/11.

Расчет крестовины сводится к определению расстояния от начала усовиков до математического центра крестовины h и от математического центра крестовины до стыка сердечника с примыкающим рельсом P (рис 3).

Сначала определяют так называемые теоретические размеры и .

Т.к. крестовина сборная, типа общей отливки сердечника с наиболее изнашиваемой частью усовиков, то

где B - ширина подошвы рельса =150 мм;

- ширина головки рельса = 75мм;

- длина стыковой накладки =800мм.

Хвостовая часть Pmin определяется по формуле:

Минимальная длина крестовины:

=3051.28 + 2533.04 = 5584.32 мм

Практическая длина крестовины определяется из условия раскладки брусьев. Раскладку брусьев целесообразно вести с пролетом, равным ? 0,9 пролета между осями шпал на перегоне. Пролеты под стрелочным переводом следует проектировать по возможности кратным 100,50, или 5 мм, в пределах 500 - 550 мм.

Определим число ящиков:

,

где С- стыковой пролет(его величина стандартизирована в зависимости от типа рельса)

- забег бруса в связи с укладкой его по биссектрисе

- принятое расстояние между осями брусьев

,

где - ширина колеи в крестовине

Число ящиков округляют в большую сторону =10 ящиков.

,

=

2.2 Определение размеров стрелки

Наибольшее распространение в РФ получили стрелки с криволинейными остряками секущего типа. Такие стрелки применяются с корневым креплением вкладышно-накладочного типа и креплением, выполненным в виде гибкого остряка.

Длина гибких остряков требуется больше, так как перевод стрелки осуществляется за счет изгиба части остряка.

Рис. 6. Схема взаимного расположения рабочих граней рамного рельса и криволинейного остряка

На рис.5 представлена схема взаимного расположения рабочих граней рамного рельса и криволинейного остряка. На схеме приняты следующие обозначения:

lp.p. - длина рамного рельса;

m1 - передний вылет рамного рельса;

m2 - задний вылет рамного рельса;

l'0 - проекция криволинейного остряка на рабочую грань рамного рельса (длина прямого остряка);

R0 - радиус остряка от расчетного сечения;

R - радиус переходной кривой;

b - расчетное сечение;

uп - расстояние от рабочей грани рамного рельса до рабочей грани остряка в его корне;

? - стрелочный угол;

?н - начальный угол остряка;

?в - угол в расчетом сечении;

l - длина остряка по дуге;

?1 и ?2 - углы на дугах l1 и l2.

Расчетное сечение определяется из следующего выражения:

b = R0cos?н - R0cos?в.

Так как расчетным сечением обычно задаются, то из последнего выражения находим угол в расчетном сечении:

?1 = ?в - ?н;

?2 = ? - ?в.

Длина остряка определяется как сумма длин дуг и :

;

;

Длину остряка округляем в большую сторону и принимаем кратной 0,1 м за счет изменения длины

Определяем стрелочный угол:

где ?н - начальный угол остряка

R0 - радиус остряка от расчетного сечения

Определим на дуге :

=

Тогда длина дуги будет равна:

Уточняем значения угла , стрелочного угла (ордината в корне =190мм).

Стрелочный угол равен:

;

Радиус переводной кривой определяется из уравнения связывающего основные размеры стрелочного перевода:

,

где к - прямая вставка

где h - длина переднего вылета ()

- длина накладки

- конструктивный запас в длине переднего вылета крестовины, обеспечивающий установку накладок (не менее 10-15 мм)



Стрелочный угол будет равен:

Определим на дуге :

=

Тогда длина дуги будет равен:

Длина остряка по дуге:

Принимаем длину

Величину проекций криволинейного остряка находим путем проектирования радиусов и на направление рабочей грани рамного рельса:

;

Рассчитаем длину рамного рельса

где - длина переднего вылета рамного рельса;

- проекция криволинейного остряка на направление рабочей грани рамного рельса;

- длина заднего вылета рамного рельса;

Определим передний и задний вылет рамного рельса из условий раскладки брусьев:

где с - стыковой пролет, принимается в зависимости от типа верхнего строения пути

n1 - число ящиков в переднем вылете рамного рельса m1, принимаемое от 3 до 9;

n2 - число ящиков в заднем вылете рамного рельса m1, принимаемое от 2 до 10;

? - стыковой зазор, равный 10 - 15 мм;

m0 - забег остряка за ось флюгарочного бруса, принимается равным 41 мм - половине ширины стрелочной подушки;

а - ширина ящиков под передним и задним вылетами рамного рельса, принимается в пределах 500 - 550 мм.



Рис. 7 Схема для расчета длин рамного рельса

Длина рамного рельса, полученная по формуле, округляется в большую сторону и принимается равной 12,50; 18,75; 25,00 м за счет изменения заднего вылета рамного рельса m2.

Длину рамного рельса принимаем 25 м

2.3 Определение основных и осевых размеров стрелочного перевода

Теоретическая длина в нашем случае, т.к. радиус остряка равен радиусу переводной кривой:

.

Полная длина перевода

Рис. 8 Схема основных и осевых размеров стрелочного перевода

Осевые размеры определяются по формулам

мм.

мм

мм

мм.

2.4 Определение координат переводной кривой

Наружная, или упорная нить переводной кривой укладывается по координатам х и у (рис. 9).

Рис. 9 Схема разбивки переводной кривой по координатам х и у

За начало координат принимается точка 0 на рамном рельсе, соответствующая концу проекции остряка.

Абсциссы точек назначают кратными 4 м, начиная от начала координат.

Ординаты точек определяются из рис. 8:

Вспомогательные углы определяются из выражения

Результаты расчетов сводятся в табл. 3.

Таблица 3

0	0	0,0305	0,9995	0,000034	200
2000	0,007	0,0375	0,9993	0,000234	259
4000	0,014	0,0445	0,9990	0,000534	340
6000	0,021	0,0515	0,9987	0,000834	425
8000	0,028	0,0585	0,9983	0,001234	537
10000	0,035	0,0655	0,9979	0,001634	650
12000	0,043	0,0735	0,9973	0,002234	818
14000	0,050	0,0805	0,9968	0,002734	959
16000	0,057	0,0875	0,9962	0,003334	1128
16864	0,060	0,0905	0,9959	0,003634	1212

2.5 Определение длин рельсов, входящих в стрелочный перевод

При расчете стрелочного перевода определяют, как правило, длины рельсов и .

Длины рельсов и принимают стандартными, равными 6,25,12,5 м, при пологих марках крестовин - 25,0 м.

Рис. 10 Схема раскладки рельсов в стрелочном переводе

Длины рельсов принимают стандартными, равными 12,5 м.

Целесообразно определять длину соединительного пути по одному направлению, а затем один из рельсов назначать стандартной длины.

Искомые размеры рельсов определяют по следующим формулам:

мм

16476 мм

Длины остальных рельсов:

16476 - 12500 = 3976мм

2.6 Компоновка эпюры стрелочного перевода

Эпюрой стрелочного перевода называют его схему в определенном масштабе с указанными основными размерами и динами рельсов, увязанными с раскладкой брусьев.

Вычерчивание эпюры обычно ведется в масштабе 1:50 или (реже) 1:100. Иногда при пологих марках и большой длине стрелочных переводов принимают искаженный масштаб: продольный - 1:100, поперечный - 1:50.

Положение переводных брусьев в стрелочном переводе определяются местом расположения стыков в корне остряков, стыков протяжении соединительных путей, в переднем и заднем вылете крестовины.



Рис. 11. Схема компоновки эпюры стрелочного перевода

Расстояние между осями брусьев принимается равным 0,85-1,0 от расстояния между шпалами.

Брусья обычно укладывают следующим образом:

от начала остряка до центра перевода перпендикулярно оси прямого пути;

под крестовиной перпендикулярно биссектрисе угла крестовины;

от центра перевода до переднего стыка крестовины брусья постепенно поворачиваются.

Укладка брусьев за хвостом крестовины продолжается до того места, где появляется возможность укладки шпал. В комплект переводных брусьев входят брусья длиной от 2,75 до 5,5 м (с изменением длины через 0,25 м). Количество каждой категории длины определяется графически из условия, чтобы конец бруса выходил наружу от рабочей грани крайних рельсов не менее чем на 500 мм.

Компоновка эпюры включает раскладку брусьев под участками AB, CD, EF (рис. 10):

AB = l5 - m2 - c + 0,5?;=12500 - 6748-420+0,5*0=5332

CD = l1 - AB - 2c + 0,5?=12500-5332-2*420-0,5*10=6323;

EF? = l2 - p - h - c + 0,5?;

EF = EF' + ?;

? = S0 tg 0,5?.

На каждом участке определяется число пролетов:

Число пролетов на каждом участке округляется до целого числа. Пролеты назначаются кратными 5 мм. Тем не менее, в число пролетов, составляющих каждый из найденных отрезков AB, CD, EF входит по одному два пролета случайной величины, которые, однако, не должны резко отличаться от стандартных.

рельсовый колея стрелка кривой

Литература

Железнодорожный путь. Под ред. проф. Т.Г. Яковлевой. - М.: Транспорт, 2001

Расчеты рельсовой колеи с использованием ЭВМ. Методические указания для курсового и дипломного проектирование / Л.Н. Фролов, Б.П. Божевольнов, П.С. Пушкин. Л.: ЛИИЖТ, 1991

Расчет одиночного обыкновенного стрелочного перевода с использованием ЭВМ. Методические указания для курсового и дипломного проектирование / Л.Н. Фролов, Б.П. Божевольнов, П.С. Пушкин. Л.: ЛИИЖТ, 1989

Размещено на Allbest.ur

...