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.
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.
Устройство рельсовой колеи тесно связано с конструкцией и размерами колесных пар подвижного состава. Колесная пара состоит из стальной оси, на которую наглухо насажены колеса, имеющие для предотвращения схода с рельсов направляющие гребни. Поверхность катания колес подвижного состава в средней части имеет коничность 1/20, которая обеспечивает более равномерный износ, большее сопротивление горизонтальным силам, направленным поперек пути, меньшую чувствительность к неисправностям его и препятствует появлению желоба на поверхности катания, затрудняющего прохождение колесных пар по стрелочным переводам. В соответствии с этим и рельсы устанавливаются также с подуклонкой 1/20, что при деревянных шпалах достигается за счет клинчатых подкладок, а при железобетонных - соответствующим наклоном поверхности шпал в зоне опирания рельсов. Расстояние между внутренними гранями головок рельсов называется шириной колеи . Эта ширина складывается из расстояния между колесами (1440 + 3 мм), двух толщин гребней (от 25 до 33 мм) и зазоров между колесами и рельсами, необходимых для свободного прохождения колесных пар. Ширина нормальной (широкой) колеи в прямых и кривых участках пути с радиусом более 349 м принята в СССР 1520 мм с допусками в сторону уширения б мм и в сторону сужения 4 мм. До 1972 г. нормальной на наших дорогах считалась ширина колеи 1524 мм; сужение ее до 1520 мм принято для уменьшения зазора между колесами и рельсами, что при возросших скоростях движения способствует уменьшению расстройств пути.В соответствии с ПТЭ верх головок рельсов обеих нитей пути на прямых участках должен быть в одном уровне Разрешается на прямых участках пути на всей протяженности каждого из них содержать одну рельсовую нить на 6 мм выше другой.
При сооружении пути стыки на обеих рельсовых нитях располагают точно один против другого по па-угольнику, что по сравнению с расположением стыков вразбежку уменьшает число ударов колесных пар о рельсы, а также позволяет заготавливать и менять рельсошпальную решетку целыми звеньями с помощью путеукладчиков.
Для того чтобы каждая колесная пара не могла поворачиваться вокруг вертикальной оси, колесные пары вагона или локомотива соединяют по две и более жесткой рамой. Расстояние между крайними осями, соединенными рамой, называется жесткой базой, а между крайними осями вагона или локомотива - полной колесной базой. Жесткое соединение колесных пар обеспечивает устойчивое положение их на рельсах, но в то же время затрудняет прохождение в кривых малого радиуса, где возможно их заклинивание. Для облегчения вписывания в кривые современный подвижной состав выпускают на отдельных тележках с небольшими жесткими базами.
:
а
- электровоза ВЛ8, б
- одной секции тепловоза ТЭЗ, в
- паровоза серии ФД,
г
- четырехосного полувагона
Особенности устройства пути в кривых
В кривых участках устройство пути имеет ряд особенностей, основными из которых являются: возвышение наружного рельса над внутренним, наличие переходных кривых, уширение колеи при малых радиусах, укладка укороченных рельсов на внутренней рельсовой нити, усиление пути, увеличение расстояния между осями путей на двух- и многопутных линиях.Возвышение наружного рельса предусматривается при радиусе кривой 4000 м и менее для того, чтобы нагрузка на каждую рельсовую нить была примерно одинаковой с учетом действия центробежной силы, для равномерного износа наружного и внутреннего рельсов, а также погашения центробежного ускорения, отрицательно влияющего на комфортность езды пассажиров. Размер возвышения зависит от скорости движения поездов и радиуса кривой и обычно не превышает 180 мм (в России - 150 мм).
Известно, что при следовании подвижного состава по кривой радиусом R возникает центробежная сила
где m - масса единицы подвижного состава;
G- вес единицы подвижного состава;
g - ускорение силы тяжести
При возвышении наружного рельса на величину h появляется составляющая сила веса Н, направленная внутрь кривой.
Схема сил, действующих на подвижной состав в кривой при возвышении наружного рельса
Из рисунка понятно, что отношение H/G равно отношению h/s 1. Следовательно
Н = Gh/s 1 .
Для одинакового давления на рельсовые нити необходимо, чтобы Н
уравновешивала
I, тогда равнодействующая N
будет перпендикулярна наклонной плоскости пути.
Учитывая, что угол α
мал и при максимальном допускаемом
возвышении наружного рельса 150 мм cos α
= 0,996, можно
принять, что Н=I
.
Тогда
Откуда
Подставляя s 1 =1,6м, g=9,81 м/с 2 и выражая
скорость v в км/ч, а радиус R в метрах, получим возвышение в мм
Поскольку в реальных условиях по кривым проходят поезда разной массы Q i ,
и с различными скоростями V i
, то для равномерного износа рельсов
в приведенную формулу подставляют среднюю квадратическую скорость
При h=2,5v ср 2 /R
в поездах, следующих со скоростями
выше v ср, на пассажиров и грузы будет действовать непогашенное ускорение,
равное разнице между центробежным ускорением v 2 /R
и направленным
к центру кривой ускорением gh/s 1
На дорогах бывшего СССР допускаемое непогашенное ускорение составляет 0,7 м/с 2
и лишь в исключительных случаях 0,9 м/с 2 . При движении поездов со скоростью
менее v ср
нагрузка на внутренний рельс будет больше, чем на наружный.
Для обеспечения плавного вписывания подвижного состава круговые кривые сопрягаются
с прямыми участками с помощью переходных кривых. Между смежными кривыми на железной
дороге предусматриваются прямые вставки минимальной величиной от 30 до 150 м в зависимости
от категории линии и направления кривых (в одну или в разные стороны).
Устройства переходных кривых
связано с необходимостью плавного сопряжения
кривой с примыкающей прямой как в плане, так и в профиле. Переходная кривая в плане
представляет собой кривую переменного радиуса, уменьшающегося от ∞ (бесконечно
большого) до R
- радиуса круговой кривой с уменьшением кривизны пропорционально
изменению длины. Кривая, обладающая таким свойством, представляет собой радиоидальную
спираль, уравнение которой выражается в виде ряда
где С - параметр переходной кривой (С=lR)
В связи с тем что длина переходной кривой l мала по сравнению, с С , практически достаточно ограничиться двумя первыми членами ряда приведенной формулы. В профиле переходная кривая в обычных условиях представляет собой наклонную линию с однообразным уклоном i = h/l.
. НПК - начало переходной кривой. КПК - конец переходной кривой
Уширение колеи производится для обеспечения вписывания подвижного состава в кривые. Поскольку колесные пары закреплены в раме тележки таким образом, что в пределах жесткой базы они всегда параллельны между собой, в кривой только одна колесная пара может расположиться по радиусу, а остальные будут находиться под углом Это вызывает необходимость увеличения зазора между гребнями колес и рельсами во избежание заклинивания колесных пар. Для свободного вписывания двухосной тележки в кривую необходимая ширина колеи:S c =q max +f н +4
где f н - стрела изгиба кривой по наружной нити при хорде 2λ ;
q max - максимальное расстояние между наружными гранями гребней колес;
4 - допуск по сужению колеи, мм.
Установлены следующие нормы ширины колеи в кривых:
при R≥ 350 м - 1520 мм;
при R = 349-300 м- 1530 мм,
при R≤ 299 м -1535 мм.
Укладка укороченных рельсов во внутреннюю нить необходима для исключения разбежки стыков. Поскольку внутренняя рельсовая нить в кривой короче наружной, то укладка, в нее рельсов той же длины, что и в наружную, вызовет забегание стыков вперед на внутренней нити. Для устранения разбежки стыков при каждом радиусе кривой необходимо иметь свою величину укорочения рельса. В целях унификации применяют стандартные укорочения рельсовых звеньев длиной 25 м на 80 и 160 мм. Общее число укороченных рельсов n , требующихся для укладки в кривой,
n = e/k,
Где e
- общее укорочение,
k
- стандартное укорочение одного рельса
Укладку укороченных рельсов во внутренней нити чередуют с укладкой рельсов нормальной
длины так, чтобы забег стыков не превышал половины укорочения, т. е. 40; 80 мм.
Усиление
пути в кривых производится при R<1200 м для обеспечения необходимой
равнопрочности с примыкающими прямыми. Для этого увеличивают число шпал на километр,
уширяют балластную призму с наружной стороны кривой, ставят несимметричные подкладки
с большим плечом в наружную сторону, отбирают наиболее твердые рельсы. В круговых
кривых на двух- и многопутных линиях увеличивается расстояние между осями путей
в соответствии с требованиями габарита, что достигается в пределах переходной кривой
внутреннего пути за счет изменения ее параметра С.
Выписка из Правил технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации
Глава III. Сооружения и устройства путевого хозяйства. План и профиль пути3.4. Железнодорожный путь в отношении радиусов кривых, сопряжения прямых и кривых, крутизны уклонов должен соответствовать утвержденному плану и профилю линии.
3.5. Станции, разъезды и обгонные пункты, как правило, должны располагаться на горизонтальной площадке; в отдельных случаях допускается расположение их на уклонах, не превышающих 0,0015; в трудных условиях допускается увеличение уклонов, но, как правило, не более чем до 0,0025.
В особо трудных условиях на разъездах и обгонных пунктах продольного или полупродольного типа, а с разрешения МПС и на промежуточных станциях, на которых не предусматривается маневров и отцепки локомотива или вагонов от состава, допускаются уклоны более 0,0025 в пределах станционной площадки. Допускаются также в особо трудных условиях с разрешения МПС уклоны более 0,0025 при удлинении приемо-отправочных путей на существующих станциях, при условии принятия мер против самопроизвольного ухода вагонов или составов (без локомотивов).
Для предотвращения самопроизвольного ухода вагонов или составов (без локомотива) на станциях, разъездах и обгонных пунктах вновь построенные и реконструированные приемо-отправочные пути, на которых предусматривается отцепка локомотивов от вагонов и производство маневровых операций, должны иметь, как правило, продольный профиль с противоуклонами в сторону ограничивающих стрелок и соответствовать нормативам на его проектирование.
В необходимых случаях для предупреждения самопроизвольного выхода вагонов на другие пути должно предусматриваться устройство предохранительных тупиков, охранных стрелок, сбрасывающих башмаков или стрелок.
Во всех случаях расположения станций, разъездов и обгонных пунктов на уклонах должны быть обеспечены условия трогания с места поездов установленной весовой нормы.
3.6. Станции, разъезды и обгонные пункты, а также отдельные парки и вытяжные пути должны располагаться на прямых участках. В трудных условиях допускается размещение их на кривых радиусом не менее 1500 м.
В особо трудных условиях допускается уменьшение радиуса кривой до 600 м, а в горных условиях - до 500 м.
3.7. План и профиль главных и станционных путей, а также подъездных путей, принадлежащих железной дороге, должны подвергаться периодической инструментальной проверке.
Организация работ по инструментальной проверке плана и профиля путей, изготовлению соответствующей технической документации, а также составлению масштабных и схематических планов станций возлагается на службы пути железных дорог с привлечением для выполнения этих работ проектных институтов, проектно-изыскательских и проектно-сметных групп.
Дистанции пути должны иметь:
- чертежи и описания всех имеющихся на дистанции сооружений и устройств путевого хозяйства, а также соответствующие стандарты и нормы;
- масштабные и схематические планы станций, продольные профили всех главных и станционных путей, сортировочных горок, а также подъездных путей, где обращаются локомотивы дороги.
При возведении на территории станции новых объектов, расширении или переносе существующих любая организация, выполняющая такие работы, должна незамедлительно передавать начальнику дистанции пути и начальнику станции исполнительную документацию, определяющую привязку объекта к существующему развитию станции.
Причины :
разработка костыльных отверстий; - з имой - напрессовка снега под рельсами;
5-металлическая подклдка.
При ж/б шпалах из-за люфтов меду ребордами подкладок и боковыми гранями подошвы рельса.
Предупреждение: антисептирование отверстий в деревянных шпалах. Сокращение числа перешивок. Недопущение зашивки гнутыми костылями. Предварительное сверление костыльных отверстий в новых шпалах. Соблюдение технологии перешивки. Для предупреждения напрессовки - добивка костылей перед началом зимы. На железобетонных шпалах – своевременная замена изношенных резиновых прокладок, подкладок.
Исправление: перешивка пути на деревянных шпалах. Регулировка ширины колеи на железобетонных шпалах.
Необходимо помнить, что движение поездов закрывается:
при уширении 1548 мм. и более
при сужении 1512 мм. и менее (для ширины колеи 1520;1524 мм.)
при сужении 1515 мм. и менее (для ширины колеи 1530мм.)
при сужении 1517 мм. и менее (для ширины колеи 1535мм.)
при сужении 1520 мм. и менее (для ширины колеи 1540мм).
Кусты негодных шпал
Куст – это две и более негодные деревянные шпалы подряд.
Причины: по механический износ и гниение. Механический износ образуется вследствие: ударов по шпалам костыльным молотком или кувалдой, ударов бойком подбойки по шпале, забивки костылей без предварительного сверления шпал, вдавливания в шпалы подкладок. Гниение шпал происходит вследствие образования в шпалах трещин и обнажения непропитанной древесины; низкого качества антисеприрования шпал, нарушения технологии перешивки пути.
Предупреждение: перемещение шпал шпальными клещами, скобами и ломами; при подбивке - откапывание балласта в ящиках на 3-5 см, ниже подошвы шпал; предварительное сверление и антисептирование отверстий перед забивкой костылей; своевременный ремонт шпал.
Необходимо помнить, что в соответствии с требованиями п.4.3.12 инструкции по текущему содержанию пути в зависимости от наличия в пути кустов негодных шпал скорости движения должны быть не более указанных в таблицах 6 и 7:
Таблица 6
Допускаемые скорости движения поездов в зависимости от наличия в пути кустов негодных деревянных шпал
Таблица 7
Допускаемые скорости движения поездов в зависимости от общего наличия негодных шпал на километре
Работы по текущему содержанию земляного полотна ведутся:
бригадами по текущему содержанию пути;
специализированными бригадами по текущему содержанию и ремонту земляного полотна (при дистанциях пути);
специализированными колоннами или механизированными летучками, работающими на скально-обвальных, оползневых и других участках со сложными повреждениями и деформациями земляного полотна (при дистанциях пути).
Основными работами по текущему содержанию земляного полотна, которые выполняет такая бригада, являются следующие:
срезка и планировка неровностей на обочинах;
заделка ям, углублений, оплывов, трещин и других мест на откосах насыпей и выемок, которые мешают нормальному стоку воды и могут вызвать деформацию земляного полотна;
очистка кюветов, забанкетных, нагорных других водоотводных канав с приданием формы их поперечному сечению и продольного уклона дну, обеспечивающих беспрепятственный сток воды;
мелкие исправления мощения, отдельных нарушений одерновки и других видов крепления дна и откосов водоо-ых соор-ий и откосов насыпей и выемок;
подготовка земляного полотна к проходу весенних паводковых вод;
Специализированные бригады по текущему содержанию земляного полотна, помимо указанных работ, выполняют более сложные специфические работы.
К ним можно отнести:
очистка водоотводов;
борьба с оврагами;
уход за системой дренажных устройств: летом - замена сплошных крышек у смотровых колодцев на решетчатые, зимой - специальное утепление смотровых колодцев;
утепление выпусков из дренажей и штолен на поверхность земли;
периодическое исправление дефектов, возникающих в процессе эксплуатации контрфорсов, защитных и подпорных стен, одевающих стен и других железобетонных сооружений.
Устройство рельсовой колеи тесно связано с конструкцией и размерами колесных пар подвижного состава. Колесная пара состоит из стальной оси, на которую наглухо насажены колеса, имеющие для предотвращения схода с рельсов направляющие гребни (рис. 2.12). Поверхность катания колес подвижного состава в средней части имеет коничность 1/20, которая обеспечивает более равномерный износ, большее сопротивление горизонтальным силам, направленным поперек пути, меньшую чувствительность к неисправностям его и препятствует появлению желоба на поверхности катания, затрудняющего прохождение. колесных пар по стрелочным переводам. В соответствии с этим и рельсы устанавливаются также с подуклонкой 1/20, что при деревянных шпалах достигается за счет клинчатых подкладок, а при железобетонных - соответствующим наклоном поверхности шпал в зоне опирания рельсов.
Расстояние между внутренними гранями головок рельсов называется шириной колеи . Эта ширина складывается из расстояния между колесами (1440±3 мм), двух толщин гребней (от 25 до 33 мм) и зазоров между колесами и рельсами, необходимых для свободного прохождения колесных пар. Ширина нормальной (широкой) колеи в прямых и кривых участках пути с радиусом более 349 м принята 1520 мм с допусками в сторону уширения 8 мм и в сторону сужения 4 мм. До 1972 г. нормальной на наших дорогах считалась ширина колеи 1524 мм.
В соответствии с ПТЭ верх головок рельсов обеих нитей пути на прямых участках должен быть в одном уровне. Разрешается на прямых участках пути на всей протяженности каждого из них содержать одну рельсовую нить на 5 мм выше другой.
При сооружении пути стыки на обеих рельсовых нитях располагают точно один против другого по наугольнику, что по сравнению с расположением стыков вразбежку уменьшает число ударов колесных пар о рельсы, а также позволяет заготавливать и менять рельсошпальную решетку целыми звеньями " с помощью путеукладчиков.
Для того чтобы каждая колесная пара не могла поворачиваться вокруг вертикальной оси, колесные пары вагона или локомотива соединяют по две и более жесткой рамой.
Расстояние между крайними осями, соединенными рамой, называется жесткой базой, а между крайними осями вагона или локомотива - полной колесной базой. Жесткое соединение колесных пар обеспечивает устойчивое положение их на рельсах, но в то же время затрудняет прохождение в кривых малого радиуса, где возможно их заклинивание. Для облегчения вписывания в кривые современный подвижной состав выпускают на отдельных тележках с небольшими, жесткими базами.
В кривых участках устройство пути имеет ряд особенностей, основными из которых являются: возвышение наружного рельса над внутренним, наличие переходных кривых, уширение колеи при малых радиусах, укладка укороченных рельсов на внутренней рельсовой нити, усиление пути, увеличение расстояния между осями путей на двух- и многопутных линиях.
Возвышение наружного рельса предусматривается при радиусе кривой 4000 м и менее для того, чтобы нагрузка на каждую рельсовую нить была примерно одинаковой с учетом действия центробежной силы.
Максимальное допускаемое возвышение наружного рельса 150 мм.
Установлены следующие нормы ширины колеи в кривых.
Открытие бизнеса
