Путь как единая комплексная конструкция. Амплитуда допускаемых изменений температур рельсов бесстыкового пути. Укороченные рельсы, порядок укладки и расчета

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

1. Путь как единая комплексная конструкция

Современная система ведения путевого хозяйства основана на классификации пути в зависимости от грузонапряжённости и скоростей движения поездов.

Железнодорожный путь классифицируется в зависимости от сочетаний грузонапряженности и максимальных допускаемых скоростей движения пассажирских и грузовых поездов.

По грузонапряженности пути разделяют на 5 групп, обозначаемых буквами (Б, В, Г, Д, Е) по допускаемым скоростям - на 7 категорий, обозначаемых цифрами (1…7). Классы пути обозначают цифрами.

Принадлежность пути соответствующему классу. группе и категории обозначается сочетанием буквы и цифр. Например,2Б3 обозначает, что путь принадлежит 2 классу, входит в группу Б и категорию 3.

При определении класса пути необходимо учитывать:

1. На железнодорожных линиях федерального (общесетевого) значения пути должны быть не ниже 3 класса.

2. Непрерывная длина пути соответствующего класса, как правило, не должна быть менее длины участка движения с одинаковыми на всем протяжении грузонапряженностью и установленными скоростями пассажирских или грузовых поездов (в зависимости от того, какая из них соответствует более высокому классу). Без учета отдельных километров и мест, по которым уменьшена установленная скорость из-за кривых малого радиуса, временно неудовлетворительного технического состояния пути или искусственных сооружений, либо по другим причинам.

3. В зависимости от количества пассажирских и пригородных графиковых поездов путь должен быть не ниже:

· 1 класса -- более 100 поездов в сутки;

· 2 класса -- 31-100 поездов в сутки;

· 3 класса -- 6-30 поездов в сутки.

При скорости 80 км/ч класс пути понижается на одну ступень.

На двухпутных и многопутных участках классы путей устанавливаются одинаковыми с классом пути, имеющим большую грузонапряженность, при условии, если разница в грузонапряженности не превышает 30%. При большей разнице класс каждого из путей устанавливается по фактическому сочетанию грузонапряженности и установленной скорости.

Пути, предназначенные для движения подвижного состава с опасными грузами, не должны быть ниже 4 класса.

Приемоотправочные и другие станционные пути, предназначенные для сквозного пропуска поездов со скоростями 40 км/ч и более, подъездные пути со скоростями более 40 км/ч, а также горочные пути относятся к 3 классу. Станционные пути, не предназначенные для сквозного пропуска поездов, при установленных скоростях 40 км/ч, а также специальные пути, предназначенные для обращения подвижного состава с опасными грузами, сортировочные и подъездные пути со скоростями движения 40 км/ч относятся к 4 классу. Остальные станционные и подъездные пути относятся к 5 классу.

Сортировочные и горочные пути на сортировочных станциях относятся к 4 классу.

Главные пути, где установлены скорости движения пассажирских поездов более 140 км/ч, относятся к внеклассным путям.

В зависимости от класса пути устанавливаются технические условия и нормативы на укладку и ремонт пути.

Конструкция, тип и характеристики верхнего строения пути.

Предусмотрены три конструкции верхнего строения пути:

ѕ бесстыковой путь на железобетонных шпалах;

ѕ звеньевой путь на железобетонных шпалах;

ѕ звеньевой путь на деревянных шпалах;

При этом в регионах, где позволяют климатическиеусловия, на путях 1-4 классов рекомендуется преимущественноприменять бесстыковой путь, а на путях пятого класса -- звеньевой путь на железобетонных шпалах.

На путях 1 и 2 классов укладываются рельсы Р65 (новые, термоупрочненные, категории В, Т, и Т2, новые скрепления, шпалы новые железобетонные 1 сорта).

Эпюра шпал: в прямых и кривых радиусами более 1200 м -- 1840 шт/км, в кривых радиусами 1200 м и менее -- 2000 шт/км.

Балласт щебеночный или асбестовый с толщиной слоя под деревянными шпалами 40 см.

На путях 3 класса укладываются рельсы Р65 новые или старогодные. Скрепления и шпалы новые и старогодные, отремонтированные в соответствиис Техническими условиями на применение старогодныхматериалов верхнего строения. Эпюра и группа шпал такие же, как на путях 1 и 2 классов.

Балласт щебеночный или асбестовый с толщиной слоя под деревянными шпалами 35 см и под железобетонными шпалами 40 см.

На путях 4 класса укладываются старогодные рельсы II и III группы годности в соответствии с Техническими условиями на применение старогодных материалов верхнего строения. Скрепления и шпалы старогодные, как правило, отремонтированные. Эпюра шпал такая же, как на путях 1-3 классов. Допускается укладка новых шпал второго сорта. Допускается чередование деревянных и железобетонных шпал (по специальному согласованию с МПС).

Балласт щебеночный, асбестовый или гравийно-песчаный с толщиной слоя под деревянными шпалами 25 см и под железобетонными шпалами 30 см.

На путях 5 класса укладываютсярельсы, скрепления и шпалы -- старогодные, рельсы IIIгруппы годности, в т.ч. непригодные к укладке в пути 3 и 4 классов. Рельсы не легче Р50.

Допускается чередование старогодных железобетонных и деревянных шпал по схемам, устанавливаемым службой пути дороги. Эпюра шпал: в прямых и кривых радиусами более 650 м -- 1440 шт/км; в кривых радиусами 650 м и менее -- 1600 шт/км.

2. Амплитуда допускаемых изменений температур рельсов бесстыкового пути

Долгие годы путь представлял собой рельсовые звенья, соединенные в стыках. Уже давно возникал вопрос о создании бесстыкового пути, т. е. такого пути, в котором рельсы были бы сварены в очень длинные плети. Создание бесстыкового пути - это резкое уменьшение числа стыков, что влечет за собой большую экономию металла за счет уменьшения потребности в накладках; болтах, шайбах, гайках. На звеньевом пути с рельсами типов Р75 и Р65 масса этих конструкций на 1 км составляет при длине рельсов 12,5 м 8,26 т и при длине 25 м - 4,13 т.

С укладкой бесстыкового пути значительно уменьшается количество стыковых соединителей для участков с автоблокировкой и электрической тягой поездов. Естественно, что это улучшает работу автоблокировки, а также исключает возможность повреждения рельсов от сверления для установки штепселей или от приварки соединителей. Отсутствие стыков уменьшает сопротивление движению поездов, что экономит топливо для тепловозов или электрическую энергию для электровозов.

Почти отсутствуют изломы рельсов по болтовым отверстиям, которые занимают значительное место среди других видов излома в звеньевом пути; исключаются удары колес о рельсы при перекатывании через зазоры в стыках и, следовательно, значительно снижается износ рельсов и колес.

Таким образом, преимущества бесстыкового пути очевидны. Однако имеются очень важные особенности в поведении рельсовой плети под влиянием меняющейся температуры.

В звеньевом пути с повышением температуры рельсы удлиняются за счет зазоров между ними в стыках; при понижении температуры зазор может раскрываться до своего максимума.

В рельсовой плети бесстыкового пути при повышении ее температуры нарастают температурные силы, стремящиеся удлинить плеть. Однако этим силам препятствуют силы трения в накладках, зажимающих концы плети, и особенно силы трения по подошве, возникающие от прижатия рельсов к шпалам в каждом узле скрепления. Если нагрев рельса будет достаточно велик, то резко увеличится в рельсовой плети продольная температурная сила. Эта сила будет сжимать рельсовую плеть и в результате может произойти выброс пути (рис. 1). Выброс происходит не сразу: сначала рельсы незначительно смещаются вбок; при дальнейшем нарастании продольной силы наступает резкое их боковое смещение, т.е. выброс.

Рисунок 1. Выброс пути

Чтобы исключить возможность выброса, закрепление плетей бесстыкового пути должно производиться в определенный интервал температур, который определяется расчетом. При расчете бесстыкового пути определяют напряжения в рельсах, возникающие от действия нагрузки и температуры. От приращения температуры зависит величина продольной температурной силы, которая может вызвать потерю устойчивости (рис. 2.). Следовательно, расчет бесстыкового пути ведется с проверкой его прочности и устойчивости.

железнодорожный грузонапряженность бесстыковой

Рисунок 2. Зависимости допустимых продольных температурных сил от плана и конструкции бесстыкового пути: (I, 2 рельсы Р75. железобетонные шпалы соответственно 2000 и 1840 шт/км; 3 -- рельсы Р75. деревянные шпалы 2000 шт/км; 4 -- рельсы Рб5, железобетонные шпалы 2000 шт/км; 5 -- рельсы Р75. деревянные шпалы 1840 шт/км, 6 -- рельсы Р65, железобетонные шпалы 1840 шт/ки; 7 рельсы Р50, железобетонные шпалы 2000 шт/км. 8 рельсы Р65. деревянные шпалы 2000 шт/км; 9 - рельсы Р50, железобетонные шпалы 1840 шт/км; 10 -- рельсы Р65, деревянные шпалы 1840 шт/км; II рельсы Р50, деревянные шпалы 2000 шт/км; 12 рельсы Р50. деревянные шпалы 1840 шт/км.)

На сети дорог Республики Беларусь принята конструкция бесстыкового пути температурно-напряженного типа и в виде исключения допускается бесстыковой путь с сезонными разрядками напряжений (т. е. с производством работ для уменьшения напряжений весной и осенью) в основном для рельсов типа Р50.

Поясним, почему это так. С изменением температуры на 1°С напряжения, приходящиеся на каждый квадратный сантиметр площади поперечного сечения рельса, меняются на 2,5 МПа№. Пусть после укладки рельсовых плетей типа Р65 при температуре 20'С в дальнейшем их температураІ возрастает до максимальной в данном районе - до 60'С. Таким образом, приращение температуры составит 60 - 20 = 40'С, а напряжения в рельсах увеличатся на 40 х 2,5 = 100 МПа. Помимо напряжений от действия температуры, в рельсах возникают еще напряжения от изгиба под действием катящихся колес. Пусть эти изгибные напряжения составят тоже 100 МПа. Тогда общее напряжение в рельсах будет равно их сумме, т. е. 200 МПа, что допустимо.

Если повторить аналогичные рассуждения для рельсов типа Р50, то при равных условиях (температура окружающего воздуха, поездная нагрузка) суммарные напряжения в них будут выше допускаемых.

В качестве интервала температур закрепление плети обычно принимается 10 'С. Он устанавливается по условиям производства работ и при необходимости его можно уменьшить до 7 'С, если это практически реализуемо. Например, при закреплении осенью, когда температура рельсов изменяется медленно.

Бесстыковой путь укладывают в прямых и кривых, имеющих радиус больше 400 м. Разрешается применять такой путь при радиусе не менее 350 м.

При колебаниях температуры возможно некоторое изменение длины концевых участков плетей. Для того чтобы это изменение длины было возможно, между рядом лежащими плетями укладывают уравнительные рельсы. Их число в зависимости от ряда условий показано на рис. 3. При необходимости в пролете с уравнительными рельсами укладывают изолирующие стыки.

Рисунок 3. Схема устройства бесстыкового пути, находящегося под температурным давлением: (а - если соединяемые полуплети имеют длину менее 600 метров; б - если соединяемые полуплети имеют длину более 600; в - если в зоне уравнительных рельсов размещен электроизолирующий стык)

Укладка уравнительных рельсов между концами рядом лежащих плетей обеспечивает также проведение в случае необходимости разрядки температурных напряжений в плетях (при ремонтных и других работах, связанных с временным понижением устойчивости пути; прогрохотка щебня, сплошная выправка в плане и профиле, сплошная замена балласта в шпальных ящиках и т. д.). При этом длина плетей может изменяться на значительную величину и вместо уравнительных рельсов нормальной длины в таком случае укладывают укороченные.

Стыки между уравнительными рельсами и плетями должны быть очень прочными потому, что они выдерживают большие продольные силы. При рельсах Р65 и Р75 применяют шестидырные накладки длиной 1000 мм, высокопрочные болты, затянутые ключом длиной 1000 мм. При такой длине ключа затяжка болтов гораздо сильнее, чем при длине ключа 500 мм. Шпалы на бесстыковом пути укладывают на равном расстоянии с пролетом 54,3 см при 1840 шт/км и 50 см при 2000 шт/км. По действующим техническим условиям на укладку и содержание бесстыкового пути максимальная длина плети ограничивается 950 м.

Исследованиями и практикой доказана возможность эксплуатации бесстыкового пути из рельсовых плетей длиной более 950 м вплоть до сварки рельсов на всем протяжении перегона между входными стрелками соседних станций. При этом в плеть на границах блок-участков ввариваются рельсы с клееболтовыми изолирующими стыками усиленной конструкции.

3. Укороченные рельсы, порядок укладки и расчета

В кривых участках пути радиус и длина наружной рельсовой нити больше, чем радиус и длина внутренней рельсовой нити. Чтобы число рельсов в звеньевом пути внутренней и наружной рельсовых нитей было одинаковым, более длинную наружную нить укладывают рельсами сплошь стандартной длины (25 м), а более короткую внутреннюю - полностью или частично укороченными; в последнем случае остальные рельсы - стандартной длины. Стандартные и укороченные рельсы чередуются в определенном порядке так, чтобы величина несовпадения стыков по наружной и внутренней рельсовым нитям в одном створе не превышала половины стандартного укорочения. Стандартное укорочение 25-метровых рельсов 80 и 160 мм. Потребное количество укороченных рельсов и порядок их укладки определяют по имеющимся готовым таблицам.

Укороченные рельсы укладывают на внутренней нити кривой для того, чтобы установить рельсовые стыки обеих нитей по наугольнику, поскольку длина кривой по внутренней нити меньше, чем по наружной.

Определим для любого вида кривой величину, на которую внутренняя нить будет короче наружной для любого отрезка кривой между сечениями АА1 и ВВ1 (рис. 4), заключенного в углу:

ц = ц2 - ц1.

Рисунок 4 - Расчетная схема для определения укорочения внутренней рельсовой нити кривой

Длина наружной нити АВ равна:

,

а длина внутренней нити:

Укорочение при этом:

или при:

(сн - св) = S1

Как известно, для переходной кривой ф = III2C, а для круговой ц = l20 / 2C. Таким образом, полное укорочение на переходной кривой епк = S1·l20 / 2C, а на круговой епк = S1·lкр / R. Суммарное укорочение на двух переходных кривых и на одной круговой:

На практике очень трудно добиться точного совпадения по наугольнику стыков внутренней и наружной нитей, поэтому допускают некоторую разбежку, иначе потребовалось бы иметь много рельсов различной длины.

В РФ принято четыре типа укорочений:

· для рельсов длиной 12,5 м K1 = 40 мм, К2 = 80 мм и К3 = 120 мм;

· для рельсов длиной 25 м К2 = 80 мм и K4 = 160 мм.

Несовпадение стыков допускают на величину, не превышающую половины укорочения К.

Обозначим через Ny число укороченных рельсов в одной системе кривых, например в двух переходных и одной круговой. При принятом стандартном укорочении К:

Ny = ес / К. (3)

Порядок расчета и размещения укороченных рельсов в указанной системе кривых обычно принимают следующий:

1) устанавливают положение первого стыка относительно НПК;

2) определяют общее число звеньев в системе кривых по выражению:

где lнр - длина нормального стандартного рельса;

3) определяют суммарное укорочение ес по формуле (2) и число укороченных рельсов, укладываемых в данную систему кривых, по формуле (3);

4) составляют таблицу из шести столбцов для определения порядка укладки укороченных рельсов. В первом столбце такой таблицы показывают границы элементов пути в плане - переходных кривых и круговых; во втором дают номера рельсов и их домеров (м), переходящих с одного элемента пути на другой; в третьем приводят длины нормальных рельсов с учетом зазора в стыке, равного 0,01 м, и длины частей рельсов, переходящих с одного элемента плана пути на другой. В четвертом пишут расчетные укорочения элементов пути и рельсов (мм), в пятом - забеги или отставания стыков (мм); в шестом столбце записывают, какой рельс надо уложить: укороченный или нормальный.

Забег (отставание) стыков внутренней нити относительно наружной и место укладки укороченного рельса можно определять по формуле:

Зп = Зп-1 + е - К, (5)

где Зп - забег в рассматриваемом стыке;

Зп-1 - забег в предыдущем стыке со знаком + или -;

е - расчетное укорочение рельса или его части на рассматриваемом элементе пути;

К - стандартное укорочение рельса, принятое для расчета и укладки.

Если в выражении (5) сумма Зп-1+е не превышает половины стандартного укорочения, то величина К в нем должна отсутствовать, и в этом случае укладывать надо нормальный рельс. Если же сумма Зп-1+е больше половины стандартного укорочения, то в формуле член К присутствует, и в этом случае надо укладывать укороченный рельс. Таким образом, и определится порядок укладки нормальных и укороченных рельсов на внутренней нити кривой. При вычислении забега или отставания в каждом стыке по формуле (5) следует учитывать, что присутствие слагаемого К означает, что укладывается укороченный рельс, для того чтобы забег или отставание не превышали половины принятого укорочения.

В соответствии с вышеизложенным расчетное укорочение одного рельса или части его для круговой кривой:

где S1 = 1,6 м;

lн - длина нормального рельса или его части, перешедшая на другой элемент плана;

R - радиус круговой кривой.

Например, при укладке в кривую R = 800 м нормальных 25-метровых рельсов и укороченных (длиной 24,92 м) с укорочением К = 80 будем иметь:

здесь lн = 25,01 с учетом длины на зазор, равный 0,01 м, а забеги (отставания) при совпадении начала круговой кривой со стыком, определенные по формуле (5), составят:

· З1 = 0 + 50 - 80 = -30 мм (укороченный рельс);

· З2 = -30 + 50 = +20 мм (нормальный рельс);

· З3 = + 20 + 50 - 80 = -10 мм (укороченный рельс) и так далее.

Если же начало круговой кривой не совпадает со стыком, например, находится от него на расстоянии 16 м, то первое укорочение будет определяться для части длины рельса, равной 25 - 16 = 9 м, то есть:

а забеги (отставания) будут определяться так:

З1 = 0 + 18 = +18 мм (нормальный рельс);

З2 = +18 + 50 - 80 = -12 мм (укороченный рельс);

З3 = -12 + 50 = +38 мм (нормальный рельс) и так далее.

В пределах переходной кривой укорочение для участка от начала ее до lп определяется по формуле:

Для одного же рельса в пределах переходной кривой укорочение:

где ц - центральный угол кривой ln - lп-1,

lп - участок переходной кривой от начала или конца ее, включая рельс, для которого определяется укорочение;

lп-1 - участок переходной кривой от начала или конца ее за вычетом длины этого рельса.

Размещено на Allbest.ru