В процессе эксплуатации пути есть участки, на которых регулярно используются торможение подвижного состава. К таким участкам относятся

- участки рекуперативного (электрического) торможения,

- участки пробы тормозов и др.

При пневматическом торможении тормозные силы равномерно распределяются по длине поезда, дополнительно накладываясь на другие продольные сжимающие силы (температурные, силы угона и др.). При рекуперативном торможении в составе поезда возникают продольные сжимающие силы, которые концентрируются в голове поезда.

Допускаемые значения продольных тормозных сил N _ТЦ (например, по условиям невыжимания легко загружаемых вагонов) в нормативных документах приводятся по осям автосцепок, а на оба рельса воздействует сжимающая тормозная сила,

N _Т.Р. = N _ТЦ * f _Р (7.1)

Приняв для дальнейших расчетов значение коэффициента трения колеса и рельса при торможении (f _Р) равным 0,25, а также принимая равномерное распределение тормозной силы, действующей по осям автосцепки на два рельса (к = 0,5), получим, что одновременно с этой силой на каждый рельс действует продольная сила, определяемая по формуле:

N _Т.Р = 0,25 * 0,5 N _ТЦ =0,125 N _ТЦ (7.2)

Полагая, сила N _Т.Р имеет температурное происхождение, можно записать

0,125 N _ТЦ = α EF ∆t или ∆t = 0,125 / α EF (7.3)

Принимая α = 11,8 10^-6 1/град, E =2.1 * 10 ⁴ кН/ см ² , F =82,7см² имеем

∆t = 0,006 N _ТЦ ºС / кН (7.4)

Практически зависимость (7.4) означает, что действие кН тормозных сил по осям автосцепки эквивалентно нагреву рельсов на 0,006 ºС , т.е.

Δ t _Т.УД = 0,006 ˚ С /кН (7.5.)

При любом другом значении тормозных сил N _ТЦ

Δ t _Т = 0,006* N _ТЦ ˚ С (7 N _Т.Р. = N _ТЦ * f _Р (7.1)

Приняв для дальнейших расчетов значение коэффициента трения колеса и рельса при торможении (f _Р) равным 0,25, а также принимая равномерное распределение тормозной силы, действующей по осям автосцепки на два рельса (к = 0,5), получим, что одновременно с этой силой на каждый рельс действует продольная сила, определяемая по формуле:

N _Т.Р = 0,25 * 0,5 N _ТЦ =0,125 N _ТЦ (7.2)

Полагая, сила N _Т.Р имеет температурное происхождение, можно записать

0,125 N _ТЦ = α EF ∆t или ∆t = 0,125 / α EF (7.3)

Принимая α = 11,8 10^-6 1/град, E =2.1 * 10 ⁴ кН/ см ² , F =82,7см² имеем

∆t = 0,006 N _ТЦ ºС / кН (7.4)

Практически зависимость (7.4) означает, что действие кН тормозных сил по осям автосцепки эквивалентно нагреву рельсов на 0,006 ºС , т.е.

Δ t _Т.УД = 0,006 ˚ С /кН (7.5.)

При любом другом значении тормозных сил N _ТЦ

Δ t _Т = 0,006* N _ТЦ ˚ С (7.6)

7.2. Определение отклонения от температуры закрепления рельсовых плетей при действии тормозных сил.

Отклонение от температуры закрепления рельсовых плетей при действии тормозных сил определяется по формуле (7.6).

7.3.. Определение новой (фактической) температуры закрепления рельсовых плетей при действии тормозных сил.

Значение новой (фактической) температуры закрепления участка рельсовой плети при действии тормозных сил определится по формуле

t _О.Т. = t _З - Δ t _{Т .} (°С) (7.7.)

7.4. Определение условий устойчивости бесстыкового пути при действии тормозных сил.

Условие устойчивости бесстыкового пути при действии тормозных сил определится неравенством:

t _0.Т.. ≥ min t _З (7.8.)

Форма температурной диаграммы работы бесстыкового пути приведена на рис. 2.1.

Пример 1-07.Определить условия устойчивости бесстыкового пути конструкции Р65, ЖБ, Щ на тормозном участке Куйбышевской ж.д.(ст. Самара) в кривой R = 1000 м, где при пневматическом торможении поезда тормозная сила по осям автосцепки достигает значения 500 кН. За температуру закрепления рельсовых плетей принять установленную минимальную температуру закрепления. Построить температурную диаграмму работы бесстыкового пути на тормозном участке

.

Контрольные вопросы и задания к лекции.

1-07. Как определить отклонение фактической температуры закрепления рельсовых плетей на тормозных участках?

2-07.Как определить новую температуру закрепления рельсовых плетей на тормозных участках?

3-07.Как определить условие устойчивости бесстыкового пути на тормозных участках?

Тема 8 Определение условий устойчивости бесстыкового пути по методике ВНИИЖТа при совокупности отступлений от норм содержания.

8.1. Сочетание отступлений от норм содержания. Если факторы, ослабляющие поперечную устойчивость бесстыкового пути, совпадают по длине плети или находятся друг от друга на расстоянии не более 6 - 8 м , то, очевидно, их можно рассматривать как совокупность ослабляющих факторов относящихся к одному поперечному сечению. Такое допущение, упрощающее аналитическое определение условий устойчивости, возможно, потому что идет в запас устойчивости.

В практике эксплуатации бесстыкового пути совмещение отступлений в плане с наличием не подбитых шпал и смещением плетей встречаются достаточно часто, например, после обкатки пути на инвентарных рельсах и последующей укладке вместо них рельсовых плетей.

Согласно [2] максимально допускаемое превышение номинальной стрелы изгиба Δ f (мм), приведенное к хорде длиной 20 м и соответствующее 3-ей степени (не влекущей никаких эксплуатационных ограничений) в зависимости от категории пути равно 35, 40, 50,65, 90 и 100 мм

Не подбитые шпалы в настоящее время путеизмерительными средствами не фиксируется, но это скорее техническая задача, ждущая своего решения. Пока отступления от норм содержания в вертикальной плоскости измеряются через просадки, перекосы и отступления по уровню, на протяжении которых могут быть не подбитые шпалы.

Дополнительные (кроме температурных) сжимающие силы в рельсовых плетях регламентируются [1] максимальным изменением длины контрольного участка между маячными шпалами l _уг (мм). Действие тормозных сил на параметры устойчивости не учитывается.

8.2.Алгоритм действий при определении новой (фактической) температуры закрепления рельсовых плетей при совокупности отступлений от норм содержания (см.рис. 8.1_.).

Определение ∆ t О,С,О,

Н нет

Печать t О,С,О

да

	печать

Рис.8.1.Алгоритм использования информации при совокупности отступлений от норм содержания.

8.2.Определение отклонения фактической температуры закрепления рельсовых плетей при совокупности отступлений от норм содержания.

Под совокупностью отступлений от норм содержания подразумевается такое расположений отступлений друг от друга, когда расстояние между ними при R ‹ 600 м L не превышает 6,0 м а в остальных случаях – не более 8,0 м

При совокупности отступлений от норм содержания отклонение (уменьшение) фактической температуры закрепления рельсовой плети

определится по формуле

8.2.Определение отклонения фактической температуры закрепления рельсовых плетей при совокупности отступлений от норм содержания.

Под совокупностью отступлений от норм содержания подразумевается такое расположений отступлений друг от друга, когда расстояние между ними при R ‹ 600 м L не превышает 6,0 м а в остальных случаях – не более 8,0 м

При совокупности отступлений от норм содержания отклонение (уменьшение) фактической температуры закрепления рельсовой плети

определится по формуле

Δt _с.о. = Δt _уг. + Δt _о.пл + Δt _н.шп + Δt _т (°С) (8.1.)

в которой каждое слагаемое (Δt _уг, Δt _о.пл, Δt _н.шп , Δt _т) определяется соответственно по формулам

∆ t _УГ = ∆ t _{уг. уд} ∆ l = 0,85 ∆ l (°С)(3.8.)

Δ t _О.П = Δ t _О.П.УД · Δf (5.10), где Δ t _О.П,УД = 0,187 ° С (5.9)

∆ t _О.ПЛ = К _эп 9360 (1/ min R_Ф - 1/ R_П) (5.12)

Δt _н.шп. = Δt _н.шп.уд * n_н.шп °С (6.9.), где

Δ t _н.шп.уд = 3,0 °С при R > 500 м Δ t _н.шп.уд = 1,8 °С при R ≤ 500 м (6.8.)

Δ t _Т = 0,006* N _ТЦ ˚ С (7.6)

8.3. Определение новой (фактической) температуры закрепления рельсовых плетей при совокупности отступлений от норм содержания.

Значение новой (фактической) температуры закрепления участка рельсовой плети при совокупности отступлений от норм содержания определится по формуле

t _О.С.О.= t _З - Δt _с.о (°С) (8.2.)

8.4. Определение условий устойчивости мест при совокупности отступлений от норм содержания.

Условие устойчивости бесстыкового пути при совокупности отступлений от норм содержания.

определяется неравенством:

t _О.С.О. ≥ min t _З (°С) (8.3.)

Форма температурной диаграммы работы бесстыкового пути приведена на рис. 2.1.

Пример 8.1. Для принятых ранее отступлений от норм содержания, а также считая их действие как совокупность определить по методике ВНИИЖТа

8.1 - отклонения фактической температуры закрепления от первоначальной,

8.2- новую температуру закрепления,

8.3 – определить условия устойчивости бесстыкового пути в местах наличия совокупности отступлений от норм содержания.

8.4. построить температурную диаграмму, приняв за температуру закрепления

min t _з.опт.

Контрольные вопросы и задания к лекции.

1-08. Как определить отклонение фактической температуры закрепления рельсовых плетей при наличии совокупности отступлений от норм содержания?

2-08.Как определить новую температуру закрепления рельсовых плетей при наличии совокупности отступлений от норм содержания?

3-08.Как определить условие устойчивости бесстыкового пути при наличии совокупности отступлений от норм содержания?

Тема 9. Расчеты при выполнении работ по принудительному вводу рельсовых плетей в требуемый интервал температур.

Работы по введению плетей в расчетный температурный интервал с использованием гидравлического натяжного устройства (ГНУ) типа ТН-70, СНП-80-500 или других выполняются при температуре рельсов ниже расчетной температуры закрепления.

Перед началом работы должны быть выполнены расчеты по определению изменений длин плети ΔL и прилагаемого растягивающего усилия P, необходимого для удлинения плети (или полуплети). Удлинение плети ΔL определяется по формуле:

ΔL = L ( t_з-t_у) α, (9.1)

где L – длина плети, м;

t_з – расчетная температура рельсов при закреплении плети на постоянный режим работы (устанавливается дистанцией пути в зависимости от ее региональности, в соответствии с Техническими указаниями по устройству, укладке, содержанию и ремонту бесстыкового пути), ºС;

t_у – температура рельсовой плети в момент ее первоначальной укладки, ºС;

α=0,0000118 – коэффициент температурного расширения рельсовой стали.

А растягивающее усилие определяется по формуле:

P = α E F Δt, (9.2)

где E – модуль упругости рельсовой стали (E=2,1·10⁷ Н/см²);

F – площадь поперечного сечения рельса типа Р65 (F=82,65 см²);

Δt – разница между ожидаемой на время «окна» и расчетной температурой плети при закреплении ее на постоянный режим работы.

Для обеспечения неподвижности уравнительных рельсов с обеих сторон от удлиняемой плети должны находиться анкерные участки. Рельсовые стыки, расположенные в пределах анкерных участков и прилегающие к ним, должны обеспечивать нормативное стыковое сопротивление продольному перемещению рельсов R (для рельсов типа Р65 R=400кН), что достигается затяжкой гаек стыковых болтов крутящим моментом, равным 600 кН·м.

Длина анкерного участка, м, со стороны «подвижного» конца плети определяется по формуле:

λ₁ = P / r, (9.3)

где r=25 кН/м – погонное сопротивление рельсов продольному перемещению.

Для обеспечения значения r=25 кН/м необходимо, чтобы гайки клеммных и закладных болтов на уравнительных рельсах со стороны подвижного конца рельсовой плети ( в месте установки ГНУ) на длине анкерного участка имели усиленную затяжку (М=220÷240 Н·м).

Длина и место расположения анкерного участка со стороны неподвижного конца рельсовой плети определяется исходя из следующих условий:

1) если P_Rн=400 кН, то гайки клеммных и закладных болтов подтягиваются на уравнительных рельсах со стороны неподвижного конца плети до значения М=220 Н·м на длине

λ₂ = Р t_р / r, м; (9.4)

2) если Р≥R_н=400 кН, то закрепляется неподвижный конец самой рельсовой плети (М=220 Н·м) на длине

λ₃ = (P - R_н) / r+1, (9.5)

и прилегающие к нему уравнительные рельсы на длине

λ₂ = P / r - λ₃. (9.6)

Для контроля равномерности удлинения плети на подошву рельса в створе с краем подкладки через каждые 50 м наносят риски, расчетное перемещение которых

Δ a _I = α a _I Δ t , (9.7)

где а_i – расстояние от неподвижного конца плети до i-й риски (50,100, 150 м и т.д.).

В подготовительный период выполняют следующие работы:

- определяют расчетное удлинение плети ΔL и в соответствии с ним заготавливают укороченный уравнительный рельс (рельсы);

- завозят укороченный уравнительный рельс на место работ;

- производят регулировку зазоров соответственно температуре рельсов;

- исходя из ожидаемой температуры рельсов в день «окна» вычисляют по формулам (2) – (7) остальные необходимые параметры.

В день производства работ до «окна»:

- закрепляют анкерный участок со стороны неподвижного конца плети;

- наносят риски через 50 м;

- после ограничения скорости до 25 км/ч на каждой 15-й шпале устанавливают подвесные ролики (рис. 9.1).

Рис. 9.1. Подвесные ролики для разрядки напряжений в плетях без перерыва движения поездов: 1 – ось ролика; 2 – железобетонная шпала; 3 – коромысло; 4 – дополнительная двухвитковая шайба; 5 – гайка; 6 – клеммный болт; 7 – трубка ролика; 8 - рельс

В «окно»:

- заменяют уравнительный рельс со стороны удлиняемого конца плети на укороченный, закрепляют анкерный участок;

- ослабляют гайки клеммных болтов, вывешивают плеть и встряхивают ее ударами деревянных кувалд. Полноту разрядки оценивают по общему укорочению плети

Δ l = L (t _у – t _p) α , где t _p – температура рельсов в данный момент. Равномерность разрядки оценивают по смещению рисок, которое определяется по формуле:

_I = α a _I (t _y – t _p ), где а _i – расстояние от неподвижного конца плети до i-й риски (50, 100, 150 м).

- монтируют ГНУ;

- наносят новые риски на подошве рельса через каждые 50 м на расстоянии от края подкладок, определяемому по формуле (9.7);

- производят растяжение плети. В процессе растяжения плети при необходимости (особенно в кривых участках) ее встряхивают ударами деревянных кувалд или механическими вибраторами. Когда зазор между плетью и укороченным рельсом сократится до необходимого значения, растяжение прекращают. Правильность выполнения работ контролируется по трем критериям: полному расчетному удлинению плети; соответствию расчетного усилия Р [формула 9.2] приложенному (по отсчету на приборе); расчетному смещению каждой из рисок (риски должны совпадать с краями подкладок);

- перед демонтажем ГНУ закрепляют на шпалах «подвижный» конец плети (М=220 Н · м) на длине λ₄ = P / r;

- ставят накладки и сболчивают стык между плетью и укороченным рельсом;

- закрепляют плеть на каждой шестой шпале и открывают движение поездов со скоростью 25 км/ч;

- после окончательного закрепления плети на всех шпалах отменяют предупреждение об уменьшении скорости движения поездов.

Пример расчета параметров для принудительного ввода плетей в расчетный интервал температур. Исходные данные: плеть длиной L=800 м; рельсы типа Р65; температура рельсов в момент первоначальной укладки плети t_y = +5 ºC; ожидаемая температура рельсов на день «окна» t_p = -3 ºС; расчетный температурный интервал закрепления – от +18 до +25ºС, принимаем t_з = +25 ºС; Δt = 22-(-3) = 25 ºС.

Используя формулы (9.1) – (9.7), выполним следующие вычисления.

1. Изменение длины плети при введение ее в расчетный интервал закрепления (рис. 9.2)

ΔL = L(t _з – t _y ) α = 800(22-5)0,0000118 = 0,160 м = 160 мм.

2. Усилие, необходимое для удлинения плети

Р = α E F Δ t = 11,8·10^-6 ·2,1·10⁷·82,65·25 = 512 кН.

Рис. 9.2. Схематическое изображение расчетных параметров при принудительном (с применением гидравлических натяжных устройств) вводе рельсовых плетей в расчетный температурный интервал

3. Укорочение плети после ее раскрепления

Δl = L(t _y – t _p) α = 800[5-(-3)]11,8·10^-6 = 0,076 м = 76 мм.

4. Смещение рисок при укорочении плети после ее раскрепления: первая риска через 50 м от неподвижного конца плети

Δl₁ = α a₁(t _y – t _p) = 11,8·10^-650[5-(-3)] = 0,0047 м = 4,7 мм;

вторая риска

Δl₂ = 11,8·10^-6·100·8 = 0,0094 м = 9,4 мм;

третья риска

Δl₃ = 11,8·10^-6·150·8 = 0,0141 м = 14,1 мм.

5. Размеры анкерных участков:

со стороны подвижного конца плети

λ₁ = P/r = 512/25 = 20,5 м;

со стороны неподвижного конца плети: так как P>R_н, следовательно

λ₃ = (P-R_н)/r+1 = (512-400)/25+1 = 5,5 м;

λ₂ = P/r-λ₃ = 512/25-5,5 = 15 м;

подвижный конец плети после удлинения, требующий срочного закрепления

λ₄ = P/r = 512/25 = 20,5 м.

6. Смещение рисок при принудительном растяжении плети:

первая риска через 50 м от неподвижного конца плети

Δа₁ = αа₁Δt = 11,8·10^-6·50·25 = 14,7 мм;

вторая риска

Δа₂ = 11,8·10^-6·100·25 = 29,5 мм;

третья риска

Δа₃ = 11,8·10^-6·150·25 = 44,3 мм и т.д.

Контрольные вопросы и задания к лекции.

1.Определить изменение длины рельсовой плети при заданных температуре закрепления и требуемой температуре закрепления.

2. Определить длину анкерного участка со стороны подвижного конца плети.

3. То же со стороны неподвижного конца плети.

4. Определить смещение рисок на рельсовой плети в заданных сечениях.

Литературные источники

1.Технические указания по устройству, укладке, содержанию и ремонту

бесстыкового пути/МПС России. М.: Транспорт, 2000. 96 с.

2.Инструкция по расшифровке лент и оценке состояния рельсовой колеи … утв.14.10.1997г.

3.Вериго М.Ф. Новые методы в установлении норм устройства и содержания бесстыкового пути / ВНИИЖТ.- М.:Интекс, 2000. 184 с.

4.Н.П. Виногоров “Вопросы безопасности движения поездов на бесстыковом пути и возможные направления их решения” в сб. трудов МИИТа “Современные и перспективные конструкции верхнего строения железнодорожного пути” М. 2007 г.

5.Л.А. Сакович, Н.П. Виногоров. Сходы поездов на бесстыковом пути.

Журнал “Путь и путевое хозяйство” N 5,2009 г.

6. Технические указания по устройству, укладке и содержанию бесстыкового пути / МПС России. - М.: Транспорт. 1992. 72 с.

7. Першин С.П. О сопротивлении балласта сдвигу и способах усиления температурно-напряженного пути против потери устойчивости // Сборник научных трудов / МИИТ. 1960. Вып.111. С. 126 - 136.

8.Расчеты и проектирование железнодорожного пути: Учебное пособие для студентов вузов ж.-д. трансп./; Под ред. В.В. Виноградова и А.М. Никонова. – М.: Маршрут, 2003.- 486 с.

9. Чернышов М. А. Практические методы расчета пути. М.: Транспорт. 1967. 211 с.

10.И. Надь "Исследования явлений, вызываемых температурными напряжениями в бесстыковом пути". Перевод № 6514 с венгерского статьи НИИЖТа ВНР, Москва, 1976.