Нормы ширины и уширения колеи в кривых. Рельсовая колея на железных дорогах
Читайте также
Схемы вписывания экипажа в кривых. Движение тележки экипажа с постоянной скоростью по круговой кривой вызывает поворот ее (вращение) относительно центра этой кривой, т.е. такое движение можно рассматривать состоящим из поступательного, совершаемого по направлению продольной оси жесткой базы экипажа, и поворота ее относительно некоторой точки 0, называемой центром (полюсом) поворота, за который принимают точку на пересечении продольной оси жесткой базы тележки с радиусом, к ней перпендикулярным (или радиусом-перпендикуляром).
В зависимости от соотношения размеров рельсовой колеи и колесной пары, сил, приложенных к экипажу, радиуса кривой и скорости движения могут быть различные схемы вписывания (установки) экипажа в кривых. Можно выделить заклиненную и незаклиненную. Незаклиненное вписывание в свою очередь делится на принудительное и свободное.
Заклиненная схема имеет место при минимальной теоретически возможной ширине колеи для данного экипажа, когда при выбранных разбегах осей экипаж не имеет возможности перемещаться в поперечном направлении в рельсовой колее (рис. 7.8, а). У двухосных и трехосных тележек при заклиненном вписывании возникают силы между колесом и рельсом для крайних осей тележки по наружным рельсовым нитям. Третья сила возникает по внутренней нити для задней оси тележки при двухосной конструкции и для средней оси при трехосной. При заклиненном вписывании в силу такой установки колес по наружной нити полюс вращения 0 находится посередине жесткой базы 1 жб.
Незаклиненная схема вписывания возникает, когда жесткая база экипажа имеет возможность перемещаться в поперечном направлении за счет свободных зазоров или разбега колесных пар. Центр поворота О при этом смещен к задней оси.
При возникновении поперечных сил в первой оси по наружной нити и в задней оси по внутренней наблюдается принудительное вписывание (рис. 7.8, б); если же последняя сила равна нулю, то такое вписывание называется свободным (рис. 7.8, в).
Рис. 7.8. Схемы вписывания жестких баз экипажей в кривые: а - заклиненное; б - принудительное; в - свободное («$=- точка контакта гребня колеса и рельса); стрелкой показаны направляющие усилия
Заклиненное вписывание в эксплуатации не допускается, так как приводит к очень большому сопротивлению движению (большое трение гребней колес по боковым граням головки рельсов), боковому износу рельсов и гребней колес.
При движении многоосных экипажей с большой жесткой базой, для обеспечения незакли- ненного прохода колес требуется производить уширение рельсовой колеи.
Ширина колеи в кривых. За расчетную схему определения ширины колеи в кривых принимают схему заклиненного вписывания железнодорожного экипажа, при которой наружные колеса крайних осей жесткой базы своими ребордами упираются в наружный рельс кривой, а внутренние колеса средних осей упираются во внутренний рельс. Центр поворота экипажа, как рассмотрено выше, находится посередине жесткой базы (двухосные жесткие базы, многоосные жесткие базы с симметричным расположением осей и их разбегов). К полученной на основании такой расчетной схемы ширине колеи (приводящей к заклиненному вписыванию) следует добавить некоторую величину, в качестве которой принимают величину минимального зазора 5 min между боковыми рабочими гранями рельсов и гребнями колес на прямом участке. Тем самым удается избежать заклиненного вписывания.
Рассмотрим случай определения минимально необходимой ширины рельсовой колеи S из условия вписывания трехосной тележки с жесткой базой Т жб в кривую радиусом R (рис. 7.9). Эта схема выбрана потому, что в настоящее время на дорогах РФ наиболее длинную базу имеет тележка трехосного локомотива.
Рис. 7.9.
Введем обозначения:
О - центр поворота жесткой базы экипажа; при симметричной тележке центр поворота лежит на оси средней колесной пары; q - ширина колесной пары;
/ - расстояние от центра поворота до точки гребня первого колеса, упирающегося во внешний рельс;
/-стрела изгиба наружного рельса, отсчитываемая от хорды, проходящей через точку контакта колеса и рельса; / = -;
- ?у- сумма поперечных разбегов осей.
Запишем выражение для ширины колеи при заклиненном впи- сывании 5 закл:
Но из рассмотрения схемы для прямого участка пути (7.2) следует
Величина стрелы z определится с учетом (см. рис. 7.9), что приближенно /» 0,5/, жб:
Если величина 8 по расчету больше нуля, то необходимо провести уширение колеи.
Из двух последних выражений видно, что принципиально ширина колеи в кривых должна быть больше, чем в прямых. Следует также, что чем больше жесткая база и меньше радиус кривой, тем большее уширение требуется устраивать, чем больше разбеги колесных пар, тем меньше потребное уширение.
Из выражения для величины уширения (7.16) можно определить тот радиус кривой, при котором возникает заклиненное вписывание.
Приняв 8 = 0, получим
Например, при /, жб = 4,6 м, 5 = 7 мм, ?у =0 величина R = 378 м.
Уширение при современном подвижном составе начинают с радиуса круче 350 м по следующим нормативам: при радиусе от 349 м до 300 м - на 10 мм, а при радиусе менее 299 м - 15 мм.
В случае незаклиненной схемы положение центра поворота не может быть определено однозначно только геометрически, как в случае заклиненного вписывания. В связи с этим необходимо определение поперечных сил и центра поворота при вписывании жесткой базы экипажа в кривую.
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 Г(рис. 7.10).
В контактах колес с рельсами возникают силы трения, равные произведению сил, перпендикулярных плоскости касания колес и рельсов на коэффициент трения скольжения/Р { . На рис. 7.10 вместо этих сил показаны равные им по значению и обратные по знаку реакции рельсов. Поперечные составляющие сил трения обозначены Н/, а продольные - V f .
Алгебраическую сумму нажатия гребня Y и силы трения Н одного и того же колеса называют боковой силой:
При расположении колесной пары впереди центра поворота жесткой базы для наружного колеса в формуле (7.18) следует брать разность и для внутреннего - сумму сил; при обратном расположении - колесная пара находится сзади центра поворота, знаки тоже берутся обратными.
Направляющие силы (см. рис. 7.10) принято считать положительными, если они направлены наружу колеи, а соответствующие им реакции рельсовых нитей - внутрь колеи. Боковые силы принято считать положительными, если они действуют в сторону направляющих сил, а соответствующие им реакции рельсовых нитей - в обратном направлении.
Вписывание свободное, если при вписывании экипажа появляются направляющие силы на наружной нити в контакте с первым по ходу движения колесом Y H и отсутствуют на внутренней нити У в.
Поперечная сила, передаваемая рамой экипажа через колесную пару на рельсы называется рамной силой У р. Эта сила считается приложенной к геометрической оси колесной пары и положительной, если она направлена наружу кривой, равна разности боковых сил, передаваемых одной и той же осью на наружную и внутреннюю рельсовые нити:
Для первой направляющей оси
Рис. 7.10.
Подставляя эти значения в формулу (7.19), получим
При Щ_ н = #!_ в =fP найдем Г=У,-2fP.
Боковые силы Г б, возникающие при движении экипажей, достигают больших значений (иногда 100 кН и более). Влияние боковых сил на работу пути очень велико. Этим объясняется ряд мер, направленных на улучшение вписывания экипажей в кривые и снижающих поперечные силы.
При известных положениях центра (полюса) поворота О экипажа (см. рис. 7.10), ширине колеи (измеренной между осями головок рельсов) и расстояниях /, от центра О до любой /- й колесной пары становится известным направление перемещения каждого колеса. Это направление перпендикулярно радиусу - вектор d t , проведенному от центра О к середине площадки контакта колеса с рельсом, приблизительно к точке пересечения оси головки рельса с геометрической осью колесной пары.
Сила трения каждого колеса (наружного, внутреннего) любой /-й оси направлена в сторону, обратную перемещению колеса. Поперечные и продольные V f составляющие этой силы определяются из следующих выражений:
Все поперечные силы: трения Щ Т, направляющие V i считаются приложенными не радиально, а перпендикулярно продольной оси экипажа.
Сила Т, приложенная на расстоянии от первой оси тележки, представляет собой равнодействующую центробежной составляющей веса экипажа (приходящегося на одну тележку), образующейся в связи с возвышением наружного рельса, и нормальной составляющей силы тяги, приходящейся на одну тележку:
где а н - непогашенное поперечное ускорение;
к т - количество тележек в экипаже;
L u - длина поезда;
L x - длина хвостовой части поезда, считая от середины экипажа, вписывание которого рассматривается;
L c - длина рассматриваемого экипажа между осями сцепления автосцепок;
F K - сила тяги, развиваемая локомотивом на кривой (при толкании или локомотивном торможении F K берется со знаком минус; при толкании Ь х - длина головной части).
В свою очередь
где v - скорость движения поезда;
И - возвышение наружного рельса.
Демпфирующий момент М, образованный силами трения в шкворне и скользунах, зависит от загрузки вагона и положения груза относительно продольной оси вагона. Он оказывает сопротивление в кривой повороту первой тележки (см. рис. 7.10) относительно кузова, который, поворачиваясь, увлекает за собой вторую тележку, способствуя ее повороту. Следовательно, знаки М д демпфирующего момента у первой и второй тележек будут разные.
Для определения демпфирующего момента А/ д обозначим: коэффициенты трения скольжения в шкворне - через ц шк, в скользунах - через ц ск (значения этих коэффициентов находятся в границах 0,1-0,2); давления на шкворень и скользуны каждой тележки - через Q lUK и Q CK ; расчетный радиус поворота тележки относительно кузова на шкворне - через г ШК, на скользунах - через г СК. Тогда:
Нормальным положением кузова на шкворневых тележках является его опирание на шкворни, на каждый из которых приходится половина веса кузова: Q CK = 0 и (2 ШК = 0,5(2 куз. При большом крене часть нагрузки может передаваться на скользуны, например,
Вертикальное давление на тележки КВЗ-ЦНИИ передается только через скользуны. В этом случае?) шк = 0; Q CK = 0,5 Q Ky3 -
Для нахождения направляющих сил Fj_ H и F 3 _ B составим два уравнения моментов: одно относительно середины С j первой оси и второе - относительно середины С 3 задней оси. Выполнив необходимые промежуточные преобразования, получим:
Если средняя ось имеет достаточные поперечные разбеги, чтобы переместиться на нужную величину, то следует в выражениях для А и В члены с множителем (/ 2 /^/ 2) считать равными нулю, так как отсутствуют поперечные составляющие # 2 _ н и # 2 _ в сил т Р ения - Вместо члена /d 2 следует написать 2/5] в связи с тем, что в этом случае V 2 =fP. Верхние знаки при А/ д относятся к передней тележке, нижние - к задней. В случае двухосной тележки в формулах (7.22) выпадают члены, содержащие / 2 и d 2 . Формулы верны при любом расположении полюса поворота.
От полюсного расстояния /| зависят лишь функции А и В. При заданной ширине колеи величина /, зависит от сил взаимодействия экипажа и колеи и не может рассматриваться независимой до тех пор, пока внутреннее колесо задней оси не дойдет своим гребнем до внутренней нити. Как только это колесо коснется и начнет прижиматься гребнем к этой нити (при заданной ширине колеи), значение /, становится неизменным и не зависящим от силовых взаимодействий экипажа и колеи.
Если известен зазор в колее 5, полюсное расстояние /j определяется зависимостью
Здесь 5 определяется с учетом разбегов по первой и последней осям экипажа.
В случае если ширина колеи подлежит определению (как в данном случае), то ее всегда можно задать такой, чтобы при любых значениях действующих сил колесо задней оси, катящееся по внутренней нити, касалось или прижималось своим гребнем к этой нити, т.е. чтобы выполнялись условия (7.22).
При заданных Р, Т и Л/ д значения У\_ п и Т 3 _ в являются функциями А и В, а последние - функциями /,. При этом функция А имеет максимум при = Lq, функция В и (А + Б) - при /, = 0,5L Q . Как видно из формулы (7.23), /] не может быть менее 0,5 Lq.
Важно иметь такие значения А и В, при которых Y X _ H и Т 3 _ в были бы минимальны. Особенно большое значение имеет обеспечение минимума суммы У[_ н + Т 3 _ в, характеризующей сопротивление движению тележек в зависимости от уровня направляющих сил. Обычно L n = 0,5L 0 . В этом случае член с Тв сумме Tj_ H + Т 3 _ в равен нулю. Отсюда следует важный вывод о том, что указанная сумма зависит от значений непогашенной части центробежной силы и нормальных составляющих сил тяги. Так как функция А при Lq > I , меньше своего максимума, то, следовательно, и А при шах /, Ф Lq не будет максимальным, поэтому наилучшее силовое взаимодействие тележки и колеи будет при шах/|. Однако /| не может быть сколь угодно большим по следующим соображениям. Направляющая сила Т 3 _ в физически не может быть отрицательной, являясь давлением гребня колеса на рельсовую нить, поэтому /, физически не может быть более значения, при котором У 3 _ в = 0. Таким образом, в пределах принятых ранее допущений наилучшая ширина колеи найдется из условия У 3 _ в = 0, т. е. из условия свободного вписывания. Ширина колеи больше той, при которой У 3 _ в = 0, не целесообразна, так как не изменяет размер
Определению поперечных сил, действующих на путь при движении экипажа по кривым, посвящено много работ. Плодотворным при этом оказалось создание графиков-паспортов вписывания экипажей в кривые. Определение основных характеристик такого паспорта производится в зависимости от непогашенного ускорения а н. При этом направляющие, боковые, рамные силы и полюсные расстояния часто аппроксимируются линейными зависимостями:
где а, Ь, с, d - эмпирические коэффициенты.
В качестве примера на рис. 7.11 приведен график-паспорт бокового воздействия на путь грузового вагона на тележках ЦНИИ-ХЗ с жесткой базой L Q = 1,85 м и нагрузкой от колесной пары на рельсы 220 кН. Коэффициент трения колес о рельсы/ = 0,25.
Нормы и допуски по ширине колеи в кривых. Ширина колеи в кривых должна устанавливаться такой, чтобы обеспечивалось свободное вписывание наиболее массовых экипажей (грузовых вагонов). Ширина колеи должна также обеспечивать техническую возможность вписывания в кривые наиболее неблагоприятных по воздействию на путь экипажей без заклинивания. Это условие определяет минимально допустимую ширину колеи. Максимально допустимая
Рис. 7.11. График-паспорт бокового воздействия на путь в кривой вагона на тележках ЦНИИ-ХЗ (18-100) ширина колеи определяется из условия надежного предотвращения провала колес подвижного состава внутрь колеи.
В настоящее время на дорогах РФ установлена ширина колеи на прямых участках пути и на кривых радиусом 350 м и более - 1520 мм. Ширина колеи на более крутых кривых должна быть при радиусе от 349 до 300 м - 1530 мм; при радиусе 299 м и менее - 1535 мм.
При этом требуется, чтобы крутизна отводов ширины колеи составляла не более:
- 1 мм на 1 м длины пути на участках со скоростями до 140 км/ч;
- 1 мм на 1,5 м при скоростях 141-160 км/ч;
- 1 мм на 2 м при скоростях 161-200 км/ч.
Отвод уширения колеи в кривых делают на протяжении переходных кривых.
Устройство пути в кривых малых радиусов. В случае если радиус кривой настолько мал, что максимальная нормативная ширина колеи 1535 мм оказывается меньше минимально необходимой, определенной по схеме заклиненного вписывания с добавлением минимального зазора 8 min , в таких кривых резко возрастает боковой износ рельсов и расстройство рельсовой колеи.
Для облегчения работы наружной нити в таких кривых укладывают контррельсы внутри колеи вдоль внутренней нити. В этом случае направляющая колесная пара колесом, идущим по внутренней нити, упирается в контррельс, не распирая наружную нить (рис. 7.12). В очень крутых кривых приходится иногда укладывать контррельсы у обеих нитей внутри колеи. Контррельсы увеличивают сопротивле-
Рис. 7.12. Положение колесных пар в кривой при наличии контррельса ние движению, поэтому практически укладку их применяют лишь в кривых радиусом примерно 160 м и менее. Желоб между контррельсом и рельсом внутренней нити кривой должен иметь ширину 60- 85 мм. Контррельсы должны быть надежно соединены с ходовыми рельсами посредством вкладышей и болтов.
Все новые локомотивы рассчитывают на вписывание в кривые радиусом не менее 150 м при ширине колеи 1535 мм.
1.5.
Рельсовая колея ж/д пути
Взаимодействие пути и подвижного состава. Рельсовой колеей называют расстояние между внутренними рабочими гранями головок рельсов, изме ренное на 15 мм ниже поверхности катания (на уровне контакта колеса сголовкой рельса). Основным условием при устройстве рельсовой колеи яв ляется обеспечение безопасности движения поездов с установленными ско ростями. Устройство рельсовой колеи, ее размеры и величины допускаемых отклонений от норм зависят от устройства ходовых частей подвижного со става и, в свою очередь, влияют на их конструкцию, размеры и допуски. Особенности ходовых частей подвижного состава следующие:
- наличие у колес гребней (рис. 1.78);
- глухая насадка колес на ось;
-
постоянство
расстояний междувнут
ренними
гранями
колес;
- параллельность осей;
- коничность поверхности катания.
Гребни необходимы для того, чтобы на правлять движение колес по рельсу и препятствовать сходу.
Глухая насадка колеса на ось, при которой колесо вращается вместе с осью, исключает износ ступицы колеса и подступичной части оси и благодаря это му не допускается наклонное положение колеса, опасное для движения.
Постоянство расстояний между внутренними гранями колес всех осей необходимо для обеспечения безопасности движения подвижного состава по колее. Расстояние между рельсовыми нитями колеи постоянно и состав ляет 1520 мм. При такой ширине колеи расстояние между внутренними гранями колес составляет 1440 мм с допусками ±3 мм и называется насадкой
|
|
(см. рис. 1.78). Для подвижного состава, следующего в поездах со скоростями более 140 км/ч, допуски +3, -1 мм.
Параллельность осей необходима для избежания перекоса осей и провала колес внутрь колеи. Для обеспечения параллельности оси объединяют жесткой рамой. Расстояние между крайними осями, остающимися параллельны ми придвижении как в прямых, так и в кривых участках пути, называют
|
|
жесткой базой экипажа. Расстояние между крайними осями экипажа - полной колесной базой (рис. 1.79).
Чем длиннее жесткая база, тем слож нее движение экипажа в кривых. Для об легчения вписывания в кривые вагоны, тепловозы и электровозы при количестве осей больше трех, располагают на тележ ках, объединяющих две или три оси. Жест кой базой экипажа будет расстояние меж ду крайними осями тележки (см. рис. 1.79).Коничность поверхности катания обеспечивает более равномерный износ колес и головки рельса вследствие по перечных перемещений колеса при ви лянии экипажа с коническими колеса ми в прямых участках пути. Колесо катится по рельсу преимущественно ча стью поверхности катания с наклоном 1:20, которая поэтому изнашиваетсязначительно больше, чем часть, имею щая наклон 1:7 (пис. 1.80). Пои одно-
Образномнаклоне поверхности в 1:20 неравномерность износа привела бык быстрому образованию местного седлообразного износа (желоб). Проход по крестовине, переход с рамного рельсана остряк и обратно при наличии желобчатого износа колес сопровождается резкими толчками и ударами. Наклон в 1:7 способствует равномерному износу поверхности катания. На рис. 1.80 показано пунктиром и препятствует желобчатому износу. Наклон 1:7 и фаска 6:6 создают также благоприятные условия для перекатыванияколеса с прижатого остряка на рамный рельс и обратно. Толщина гребня колес допускается по ПТЭ (табл. 1.6).
Таблица 1.6
|
|
|
|
Ширина
колеи в прямых участках.
Нормальная
ширина колеи в пря
мых
участках и кривых радиусом 350 м и более между внутренними гранями
головок рельсов должна быть 1520 мм (ПТЭ, п. 3.9). Величины
отклонений не должны превышать по сужению -4 мм, по уширению +8 мм,
на участках со скоростями 50 км/ч и менее допуски -4 мм, +10 мм.
Следовательно, ширина колеи колеблется от 1530 мм до 1516 мм. Для
того,
чтобыисключить
заклинивание колес подвижного состава в колее, при котором
77
Из таблицы видно, что максимальный зазор для локомотивов 39 мм, а минимальный 7 мм. Для вагонов соответственно 29 и 5 мм.Чем больше зазор, тем больше виляние подвижного состава в прямых и тем сильнее боко вые удары гребней при набегании на рельсы. При меньших зазорах движе ние происходитболее плавно . Именно это определило нормальную ширину колеи 1520 мм (уменьшение на 4 мм по сравнениюс ранее существующей).
Верх головок рельсов обеих рельсовых нитей пути на прямых участках должен быть в одном уровне. Разрешается на прямых участках пути содер жать одну рельсовую нить на 6 мм выше другой на всем протяжении прямого участка. При возвышении одной рельсовой нити на 6 мм, экипаж немного наклоняется и от этого наклона появится боковая сила, которая будет слегка прижимать колеса к пониженной нити и затруднять их виляние и движение подвижного состава будетболее плавным .
Устройство рельсовой колеи в кривых участках. Для того, чтобы облег чить вписывание подвижного состава в кривые и прохождение по ним, рель совая колея в кривых имеет следующие особенности:
- уширение колеи при радиусах менее 350 м:
- возвышение наружного рельса над внутренним рельсом;
- переходных кривых в местах сопряжения прямых участков с кривыми;
- укороченные рельсы на внутренних рельсовых нитях;
Увеличенные расстояния
между путями при наличии двух и более путей.
Ширина колеи в кривых.
Уширение
рельсовой колеи в кривых делают
Для того, чтобы подвижной состав с длинной жесткой базой мог проходить по кривым без заклинивания колесных пар. Правила технической эксплуа тации (ПТЭ, п. 3.9) устанавливают ширину колеи в кривых участках путипри радиусе
От 349 до 300 м...............................................................................1530 мм
От 299 м и менее.............................................................................1535 мм
На участках железнодорожных линий, где комплексная заменарельсош-пальной решетки не производилась, допускается на прямых и кривых учас тках пути радиусом более 650 м номинальный размер колеи - 1524 мм. Приэтом на более крутых кривых ширина колеи принимается:
При радиусе
От 650 до 450 м...............................................................................1530 мм
От 499 до 350 м...............................................................................1535 мм
От 349 м и менее.............................................................................1540 мм
Допуски на кривых участках так же, как на прямых, не должны превы шать по сужению -4 мм, по уширению +8 мм. Ширина колеи менее 1512 мм и более 1548 мм не допускается. Переход от уширенной колеи к нормальной делается в пределах переходной кривой с отводом 1 мм/м.
Вписывание подвижного состава в кривую может быть свободное, зак линенное и принудительное. Наиболее благоприятно для взаимодействия подвижного состава и путисвободное вписывание в кривую жесткой базы локомотива или вагона (рис. 1.82). При свободном вписывании гребень одного колеса передней оси прижат к наружной рельсовой нити и направляет движение экипажа, а гребень задней оси касается внутренней рельсовой нити, при этом задняя ось располагается по радиусу кривой. В этом случае жест кая база располагается в рельсовой колее совершенно свободно.
Наиболее неблагоприятным являетсязаклиненное вписывание (рис. 1.83),при котором наружные колеса упираются гребнями в наружную рельсовую нить, а внутренние колеса упираются во внутреннюю рельсовую нить. Заклиненное вписывание не допускают, так как оно сопровождается значительнымувеличением сопротивления движению поездов, чрезмерным износом греб-
Ширина колеи – 1520 мм. Допускаемые отклонения +8 и -4 мм, а на участках, где установлена скорость движения 50км\ч и менее, - не более +10 и -4 мм.На дорогах всего мира, эксплуатационная длина которых составляет около 1200 тыс км, применяется около 30 размеров ширины колеи.Принято считать ширину колеи 1435 (1430) мм нормальной – она составляет 62% мировой длины сети дорог, больше её – широкой и меньше её – узкой колеей. После колеи шириной 1435 мм наиболее распространенными размерами колем являются – 1675, 1524(1520 мм), 1067мм, 1000мм. Другие размеры ширины колеи совместно составляют около 5%.
Особенности рельсовой колеи в кривых. Ширина рельсовой колеи в кривых.
Уширение рельсовой колеи при радиусах менее 350м.
По наружной рельсовой колеи при кривой устанавливается возвышение
Прямые участки с круговыми кривыми соединяются переходными кривыми. Переходные кривые устраиваются и между кривыми разных радиусов.
По внутренней рельсовой нити кривой для обеспечения расположения стыков напротив друг друга укладываются укороченные рельсы
В кривых участках пути на двухпутных линиях устраиваются уширенные междупутья. Уширение осуществляется в пределах переходных кривых.
Уширение или ширина колеи в кривой определяется расчетом вписывания железнодорожных экипажей в кривую, исходя из следующих двух условий:
Ширина колеи должна быть оптимальной, т.е. обеспечивать наименьшее сопротивление движению поездов , наименьший износ рельсов и колес, предохранять рельсы и колеса от повреждаемости и путь от искажения в плане, не допускать провала колес между рельсовыми нитями.
Ширина колеи не должна быть меньше минимально допускаемой, т.е. должна исключать заклинивание ходовых частей экипажей между наружной и внутренней рельсовыми нитями.
Определение оптимальной ширины колеи в кривой.
Во всех случаях определенная расчетном ширина рельсовой колеи не должна превышать максимальной ширины колеи S мах = 1535мм.
Если расчетная ширина колеи S получит значение больше максимального значения S мах, следует перейти к определению минимально допустимой ширины колеи, приняв соответствующую расчетную схему.
Если расчетная ширина колеи S получится меньше нормальной ширины на прямом участке пути (S 0 = 1520мм), то это будет означать, что конструктивные размеры и особенности ходовых частей рассматриваемого экипажа позволяют ему проходить кривую данного радиуса без уширения ее колеи. В таком случае ширина колеи S должна приниматься по ПТЭ в зависимости от величины радиуса.
Определение минимально допустимой ширины колеи.
S min = q max = T max + 2h max + 2µ (5)
При определении минимально допустимой ширины колеи возможны следующие случаи:
Если S min ≤ S птэ, то вписывание обеспечено. При этом сопоставление друг с другом всех трех значений ширины колеи S min , S птэ и S опт позволяет ориентировочно оценить условия, в которых будет происходить реальное вписывание, т.е. к какому виду вписывания оно будет ближе, к свободному или к заклиненному.
Если S min > S птэ, то этот случай в свою очередь распадается на следующие два:
Если S min провала колес внутрь колеи, то для пропуска рассматриваемого экипажа требуется перешивка пути с размера S птэ на расчетную величину S min (по разрешению Н).
Если S min S max , то для пропуска экипажа требуется перешивка колеи на расчетную величину; при этом для предупреждения провала колес внутрь колеи укладываются контррельсы.
Возвышение наружного рельса, исходя из особенностей одинакового вертикального износа обоих рельсов.
Во избежание указанных явлений устраивают возвышение наружной рельсовой нити над внутренней.
Для обеспечения одинакового вертикального износа обеих нитей необходимо, чтобы сумма нормальных давлений от всех поездов на наружную нить равнялась сумме нормальных давлений от тех же поездов на внутреннюю нить
Таким образом необходимо, чтобы:
ΣЕ н = ΣЕ в
Центробежная сила при движении экипажа массой m по кривой радиусом R со скоростью V будет определяться выражением:
Где G – вес экипажа
Возвышение наружного рельса, исходя из обеспечения комфортабельности езды пассажиров.
Откуда (25)
Здесь а нд – допустимая величина непогашенного центробежного ускорения. Согласно нормативам а нд принимается равным для пассажирских поездов 0,7 м\с 2 (в отдельных случаях а ан = 1,0 м\с 2), а для грузовых поездов а нд = ±0,3 м\с 2 .
Принимая S1 = 1,6м, g = 9,81 м\с 2 , V – км\ч, h – мм, получим:
163а нд (26)
Максимальная величина возвышения наружного рельса на отечественных дорогах принята равной 150мм. Если по расчету получится большая величина, принимают 150 мм и ограничивают скорость движения по кривой из уравнения (26)
При а нд = 0,7 м\с 2 и h= 150мм
Нормы возвышения наружного рельса.
Для пассажирских поездов
Для грузовых поездов
Для потока поездов
Где, V max п и V max гр – максимальные скорости соответственно пассажирских и грузовых поездов, установленные приказом начальника дороги.
V пр – средняя приведенная скорость поездов потока.
R – радиус кривой.
При определении возвышения по формуле (29) рациональная работа пути обеспечивается при скоростях движения потока грузовых поездов , лежащих в пределах
Что соответствует уровню непогашенных ускорений пассажирских поездов а нп = 0,7 м\с 2 и грузовых поездов а н гр = ±0,3 м\с 2 .
Основные требования к устройству и содержанию переходных кривых.
В пределах переходной кривой плавно увеличивается возвышение наружного рельса от 0 до h в КПК; делается отвод уширения колеи, если последнее имеется в круговой кривой.
Основные требования к устройству и содержанию ПК сводятся к тому, чтобы появляющиеся, развивающиеся и исчезающие силовые факторы (ускорения, силы, моменты) в пределах длины R ПК изменялись постепенно и монотонно , с заданным графиком, а в начале и в конце ПК они были равны нулю, что обеспечивается при соблюдении требований.
В НПК y,φ и к = 0, КПК эти параметры не ограничиваются.
В НПК и КПК эти производные равны нулю.
Первые три требования о недопустимости внезапных изменений в НПК, КПК и на протяжении переходной кривой (рис.2) ординат у , углов поворотов φ и кривизны к по монотонности их изменения. Выполнение всех пяти требований создает наилучшее условия прохода подвижного состава по кривым, что особенно важно при высоких скоростях движения.
Физический параметр переходной кривой.
При l = l 0 в КПК ρ= R и
(6)
Здесь С – параметр (геометрический) переходной кривой.
Проектирование переходных кривых методом сдвижении.
FT = AO = Ptg β/2
Откуда
m 0 = m + Ptg β/2
Неизвестные величины m и Р определятся как:
Зная положение начала переходной кривой НПК, координаты ее конца (Х 0 ,у 0) в точке КПК вычисляем по уравнению радиодальной спирали в параметрической форме
Укороченные рельсы на внутренней нити.
Для каждой кривой выбираются тип укорочения, количество и порядок укладки укороченных рельсов. Для рельсов Р65 установлено два типа укорочений: 80мм и 160мм.
Выбор типа укороченных рельсов для данной кривой производится по формуле:
Где S 1 – ширина колеи по оси головки рельсов в пределах круговой кривой:
S птэ – нормативная ширина колеи в кривых в зависимости от радиуса;
Вычислив величину укорочения по формуле (1) принимаем ближайшее большее стандартное укорочение. Необходимое количество укороченных рельсов принятого размера определим из выражения:
Укороченные рельсы укладываются в тех местах кривой, где накапливающийся забег стыков достигает половины принятого стандартного укорочения.
Уширение междупутных расстояний в кривых.
Это увеличение осуществляется разными способами. Один из способов заключается в том, что междупутное расстояние увеличивают с 4,1 м до 4,1 + А 0 на прямых перед каждой переходной кривой введением дополнительных S-образных кривых.
Этот способ применяют редко, так как он имеет крупный недостаток: на отодвигаемом пути появляется по две кривые с каждой стороны основной кривой, хотя и большого радиуса.Другой способ (способ разных сдвижек) состоит в том, что применяют разные параметры С переходных кривых наружного пути. Устраивают обычным порядком, параметр С переходной кривой внутреннего пути подбирают таким образом, чтобы сдвижка внутренней круговой кривой Р в была равна сдвижке круговой кривой наружного пути плюс А 0 , т.е.
Р в = Р н + А 0
Классификация соединений и пересечений путей.
|
Соединения и пересечения |
|||
|
Стрелочные переводы |
Глухие пересечения |
Соединения путей |
Поворотные устройства |
|
Одиночные |
Прямоугольные |
Стрелочные улицы |
Треугольники |
|
Двойные |
Косоугольные |
Съезды |
Петли |
|
Перекрестные |
Криволинейные |
Сплетения |
Круги |
|
Совмещенные | |||
Классификация стрелочных переводов и глухих пересечений.
Одиночные
Односторонние обыкновенные (наиболее распространенные на сети дорог и чаще всего употребляются на главных и станционных путях)
Разносторонние симметричные
Несимметричные односторонней кривизны
Двойные
Односторонние
Разносторонние симметричные
Разносторонние несимметричные
Перекрестные
Одиночные
Двойные
Совмещенные
При совмещении двух колей разных размеров
При сплетении стрелочных переводов
Основные элементы обыкновенных стрелочных переводов.
К основным элементам обыкновенного одиночного стрелочного перевода относятся:
Стрелка
Крестовина с контррельсами и путевыми приконтррельсовыми рельсами.
Соединительные пути
Подрельсовые основания
Переводной механизм и его гарнитура
Особенности конструкции стрелочных переводов и требования, предъявляемые к ним
Стрелочные переводы являются ключевыми конструкциями пути как повышение скоростей движения поездов, повышение провозной м пропускной способности железных дорог. Исследования показали, что без наличия стрелочных переводов позволяющих реализовать установленную на перегоне скорость, практически нельзя решить задачу об увеличении скорости на участке в целом, да и на перегоне в частности.
Определение основных геометрических размеров обыкновенных стрелочных переводов с прямым остряком.
Определить радиус переводной кривой R.
Длину прямой вставки k перед математическим центром крестовины
Теоретическую L T длину перевода
Практическую L П длину перевода.
Осевые размеры перевода а и b .
n - длина передней – усовой – части крестовины
m – длина хвостовой части крестовины
O k – математический центр или острие крестовины
S 0 – нормальная ширина колеи
l остр – длина остряка
β – стрелочный угол
q – передний вылет рамного рельса
L T - теоретическая длина стрелочного перевода – расстояние от начала остряков до математического центра крестовины, измеренное по рабочей грани рамного рельса или по оси прямого пути.
O c – центр стрелочного перевода – пересечение осей прямого и бокового путей
a – расстояние от переднего стыка рамных рельсов до центра стрелочного перевода , измеренное по оси прямого пути
b – расстояние от центра С.П. до хвостового стыка крестовины, измеренное по оси любого пути перевода.
O – центр переводной кривой
L П – полная или практическая длина С.П. от переднего стыка рамных рельсов о хвостового стыка крестовины.
Примем в прямоугольной системе координат ось У-У, проходящей через математический центр крестовины, и ось Х-Х совместим с рабочей гранью наружной нити прямого пути.
Спроектируем контур АВСО К на эти взаимно перпендикулярные оси. Но предварительно для этой сделаем следующие дополнительные построения.
Из центра переводной кривой, т.е. из точки О, восстановим радиус – перпендикуляр к рабочей грани рамного рельса ; из точек В и С опустим перпендикуляры на этот радиус –перпендикуляр соответственно в точках В 1 и С 1 . В результате чего получится прямоугольный треугольник ОВ 1 В с прямым углом β при вершине О, а также ОС 1 С прямым углом при вершине С 1 и с углом крестовины α при вершине О.
Теоретическая длина перевода , как видно из рисунка, представляет собой проекцию контура АВСО К на горизонтальную ось , т.е.
(1)
Но В 2 С = С 1 С – В 2 С 1 = С 1 С – В 1 В
Из треугольника ОС 1 С: С 1 С = R sinα
Из треугольника ОВ 1 В: В 1 В = R sin
Из треугольника О к С 2 С: С 2 О К = k cosα
Следовательно, после подстановки в уравнение (1) значений В 2 С и С 2 О К получим:
L T = l остр со s β+ R (sinα - sin β)+ k cosα (2)
Проекция того же контура АВСО К на вертикальную ось будет нормальной шириной колеи против крестовины, т.е.
S 0 = l остр sin β + В 1 С 1 + СС 2 (3)
Но В 1 С 1 = ОВ 1 - ОС 1
Из треугольника ОВ 1 В: ОВ 1 = R cos β
Из треугольника ОС 1 С: ОС 1 = R cosα
Из треугольника О К С 2 С: СС 2 = k sinα
Таким образом, подставив в выражение (3) значения В 1 С 1 и СС 2 , найдем ширину колеи в крестовине: S 0 = l остр sin β + R (cos β - cos α) + k sinα
Полная или практическая длина стрелочного перевода: L П = q + L T + m (5)
Радиус R и длину прямой вставки перед крестовиной k определяют в зависимости от того, какие параметры известны или заданы.
21 22 24 ..Устройство рельсовой колеи в прямых участках пути
Рельсовая колея - это две рельсовые нити, установленные на определенном расстоянии одна от другой и прикрепленные к шпалам, брусьям или плитам. Устройство и содержание рельсовой колеи зависят от особенностей конструкции ходовых частей подвижного состава.
К ним относится наличие у колес реборд (гребней), которые удерживают колеса на рельсах и направляют движение локомотивов и вагонов. Колеса наглухо запрессовываются на оси и образуют вместе с ней колесную пару. Оси колесных пар, объединенные общей жесткой рамой, всегда остаются взаимно параллельными.
Поверхность катания колес имеет не цилиндрическую, а коническую форму с уклоном в средней ее части 1:20.
Расстояние между внутренними гранями колес называется насадкой Т=1440 мм с предельными допусками + - 3 мм. Расстояние между крайними осями, закрепленными в раме одной тележки, называется жесткой базой.
Расстояние между крайними осями вагона или локомотива называется полной колесной базой данной единицы.
Так, полная колесная база электровоза BJT-8 составляет 24,2 м, жесткая база - 3,2 м.
Расстояние между рабочими гранями гребней колес называется шириной колесной пары.
Толщина гребней колесных пар должна быть не более 33 мм и не менее 25 мм. Чтобы колесная пара с самой широкой насадкой и неизношенными гребнями колес могла поместиться внутри колеи, ширина ее должна быть 1440 + 3 + 2 х 33 = 1509 мм, но при этом колесная пара будет зажата (заклинена) между рельсами.
Ширина колеи - это расстояние между внутренними гранями головок рельсов, измеряемое на уровне 13 мм ниже от поверхности катания. Ширина колеи на прямых участках пути и в кривых радиусом 350 м и более должна быть 1520 мм. На существующих линиях вплоть до их перевода на колею 1520 мм на прямых участках и в кривых радиусом более 650 м допускается ширина колеи 1524 мм. В кривых меньшего радиуса ширина колеи увеличивается согласно Правилам технической эксплуатации.
Допуски по ширине колеи установлены по уширению плюс 8 мм, по сужению колеи минус 4мм, а на участках, где установлены скорости 50 км/ч и менее разрешены допуски +10 по уширению, - 4 по сужению. В пределах допусков ширина колеи должна изменяться плавно.
Подуклонка рельсов . В прямых участках пути рельсы устанавливают не вертикально, а с наклоном внутрь колеи, т. е. с подук-лонкой для передачи давления от конических колес по оси рельса. Коничность колес обусловлена тем, что подвижной состав с такими колесными парами оказывает гораздо большее сопротивление горизонтальным силам, направленным поперек пути, чем цилиндрические колеса, уменьшается «виляние» подвижного состава и чувствительность к неисправностям пути.
Переменная коничность поверхности катания колес от 1:20 к 1:7 придается во избежание появления желобчатого износа колес и для плавного перехода с одного пути на другой через стрелочный перевод. Рельсовые нити должны находиться на одном уровне. Допускаемые отклонения от нормы зависят от скорости движения поездов.
На длинных прямых разрешается содержать одну рельсовую нить постоянно на 6 мм выше другой. При таком положении рельсовых нитей колеса будут слегка прижаты к пониженной рихтовочной нити и двигаться более плавно. На двухпутных участках рихтовочной нити является междупутная нить, а на однопутных участках, как правило - правая по ходу километров.
Рельсовая колея - это две рельсовые нити, установленные на определенном расстоянии одна от другой и прикрепленные к шпалам, брусьям или плитам. Устройство и содержание рельсовой колеи зависят от особенностей конструкции ходовых частей подвижного состава.
К ним относятся наличие у колес реборд (гребней), которые удерживают колеса на рельсах и направляют движение локомотивов и вагонов. Колеса наглухо запрессовываются на оси и образуют вместе с ней колесную пару. Оси колесных пар, объединенные общей жесткой рамой, всегда остаются взаимно параллельными.
Поверхность катания колес имеет не цилиндрическую, а коническую форму с уклоном в средней ее части в 1:20.
Расстояние между внутренними гранями колес называется насадкой T = 1440 мм с предельными допусками ± 3 мм.
Расстояние между крайними осями, закрепленными в раме одной тележки, называется жесткой базой.
Расстояние между крайними осями вагона или локомотива называется полной колесной базой данной единицы.
Так, полная колесная база электровоза ВЛ-8 составляет 24,2 м, жесткая база - 3,2 м.
Расстояние между рабочими гранями гребней колес называется шириной колесной пары.
Толщина гребней колесных пар должна быть не более 33 мм и не менее 25 мм. Чтобы колесная пара с самой широкой насадкой и неизношенными гребнями колес могла поместиться внутри колеи, ширина ее должна быть 1440 + 3 + 2×33 = 1509 мм, но при этом колесная пара будет зажата (заклинена) между рельсами.
Ширина колеи - это расстояние между внутренними гранями головок рельсов, измеряемое на уровне 13 мм ниже от поверхности катания. Ширина колеи на прямых участках пути и в кривых радиусом 350 м и более должна быть 1520 мм. На существующих линиях вплоть до их перевода на колею 1520 мм на прямых участках и в кривых радиусом более 650 м допускается ширина колеи 1524 мм. В кривых меньшего радиуса ширина колеи увеличивается согласно Правилам технической эксплуатации (ПТЭ).
Допуски по ширине колеи установлены по уширению плюс 8 мм, по сужению колеи минус 4мм, а на участках, где установлены скорости 50 км/ч и менее разрешены допуски +10 по уширению, -4 по сужению (ПТЭ ЦРБ-756.2000 г.). В пределах допусков ширина колеи должна изменяться плавно.
Подуклонка рельсов. В прямых участках пути рельсы устанавливают не вертикально, а с наклоном внутрь колеи, т. е. с подуклонкой для передачи давления от конических колес по оси рельса. Коничность колес обусловлена тем, что подвижной состав с такими колесными парами оказывает гораздо большее сопротивление горизонтальным силам, направленным поперек пути, чем цилиндрические колеса, уменьшается «виляние» подвижного состава и чувствительность к неисправностям пути.
Переменная коничность поверхности катания колес от 1:20 к 1:7 (рис.4.35) придается во избежание появления желобчатого износа колес и для плавного перехода с одного пути на другой через стрелочный перевод. Рельсовые нити должны находиться в одном уровне. Допускаемые отклонения от нормы зависят от скорости движения поездов.
Ðèñ. 4.35. Òèïîâîé ïîïåðå÷íûé ïðîôèëü áàëëàñòíîé ïðèçìû íà ëèíèè Ñàíêò-Ïåòåðáóðã - Ìîñêâà: 1 - î÷èùåííûé ùåáåíü; 2 - ñëîé, ýêñòðóäèðîâàííûé
ïåíîïîëèñòèðîëîì òîëùèíîé 40 ìì
На длинных прямых разрешается содержать одну рельсовую нить постоянно на 6 мм выше другой. При таком положении рельсовых нитей колеса будут слегка прижаты к пониженной рихтовочной нити и двигаться более плавно. На двухпутных участках рихтовочной является междупутная нить, а на однопутных участках, как правило - правая по ходу километров.
Работа пути в кривых участках сложнее, чем в прямых , т.к. при движении подвижного состава по кривым появляются дополнительные боковые силы, например, центробежная сила. К особенностям устройства колеи в кривых относятся: увеличение ширины колеи в кривых малых радиусов, возвышение наружной рельсовой нити над внутренней, соединение прямых участков с круговыми кривыми посредством переходных кривых, укладка укороченных рельсов на внутренней нити кривой. На двухпутных линиях в кривых увеличивается расстояние между осями путей. Уширение колеи на кривых участках наших дорог делается при радиусах менее 350 м.
Необходимость уширения вызывается тем, что включенные в общую жесткую раму колесные пары, сохраняя параллельность своих осей, затрудняют прохождение тележек подвижного состава по кривым. При отсутствии уширения исчезает необходимый зазор между гребнями колес и рельсом и наступает недопустимое заклиненное прохождение подвижного состава. При этом возникает большое сопротивление движению поезда, а также дополнительный износ рельсов и колес, не обеспечивается безопасность движения.
Чем меньше радиус кривой и чем больше жесткая база, тем шире должна быть колея.
Возвышение наружного рельса. При движении экипажа по кривой возникает центробежная сила, направленная наружу кривой. Эта сила создает дополнительное воздействие колеса на наружную рельсовую нить, сильно изнашивая рельсы этой нити. Если в кривой установить обе рельсовые нити на одном уровне, то равнодействующая центробежной силы и силы веса будет отклоняться к наружному рельсу, перегружая его и соответственно разгружая внутренний рельс. Для того чтобы снизить боковое давление на рельсы наружной нити, уменьшить их перегрузку, добиться равномерности износа рельсов обеих нитей и избавить пассажиров от неприятных ощущений, устраивают возвышение наружного рельса h (рис. 4.36).
Ðèñ. 4.36. Ñõåìà äåéñòâóþùèõ ñèë ïðè óñòðîéñòâå âîçâûøåíèÿ íàðóæíîãî ðåëüñà â êðèâûõ
В этом случае экипаж наклоняется к центру кривой, часть силы веса H будет направлена внутрь кривой, т.е. в сторону, противоположную действию центробежной силы. Следовательно, наклон экипажа за счет устройства возвышения наружного рельса уравновешивает центробежную силу. Это выравнивает воздействие на оба рельса.
При радиусах кривых 4000 м и менее делают возвышение наружной рельсовой нити, которое может быть от 10 до 150 мм. Это возвышение зависит от скоростей движения поездов, массы их брутто и суточного количества поездов на рассматриваемой кривой и радиуса кривой. Отвод возвышения наружного рельса, т.е. постепенное снижение повышенной наружной нити до нуля, делается плавно. Отклонение расчетного возвышения по уровню допускается в зависимости от скорости движения поездов.
Переходные кривые . Для плавного вписывания подвижного состава в кривые между прямым участком и круговой кривой устраивается переходная кривая, радиус которой постепенно уменьшается от бесконечно большой величины в месте примыкания ее к прямому участку до радиуса R в точке, где начинается круговая кривая. Необходимость вставки переходных кривых вызвана следующим. Если поезд с прямого участка пути войдет в круговую кривую, где сразу изменится радиус кривизны с ¥ до R, то на него мгновенно действует центробежная сила. При большой скорости подвижной состав и путь будут испытывать сильное боковое давление и быстро изнашиваться. При устройстве переходных кривых радиус медленно уменьшается, соответственно медленно нарастает и центробежная сила - резкого бокового давления на поезд и путь не произойдет. На железных дорогах РФ переходные кривые строят по радиоидальной спирали, т.е. применяют кривую с переменным радиусом кривизны. Их принимают стандартной длины от 20 до 200 м.
В пределах переходных кривых плавно отводят возвышение наружного рельса и уширение колеи, устраиваемые в круговых кривых, а также делают уширение междупутья.
Для разбивки переходных и следующих за ним круговых кривых, то есть для разметки их положения на местности, имеются специальные таблицы.
Укладка укороченных рельсов в кривых. Внутренняя рельсовая нить в кривой короче наружной. Если по внутренней нити кривой укладывать все рельсы такой же длины, как и по наружной, то стыки по внутренней нити станут забегать вперед относительно стыков на наружной нити и не получится расположения их по наугольнику, как это принято на нашей сети. Для устранения большого забега стыков в кривой по внутренней нити укладывают рельсы укороченной длины. Применяют три типа укорочения рельсов: на 40, 80 и 120 мм для рельсов 12,5 м и на 80 и 160 мм для рельсов 25 м. Большие укорочения применяются на крутых кривых. Укладку укороченных рельсов чередуют с рельсами нормальной длины так, чтобы забег или недобег стыков не превышал половины стандартного укорочения, т.е. соответственно 20; 40; 60 и 80 мм. При эксплуатации пути забег или недобег стыков допускается в кривых – 8см плюс половина стандартного укорочения рельса в данной кривой.