Расчёт существующего верхнего строения пути на прочность

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

РАСЧЕТ ВЕРХНЕГО СТРОЕНИЯ ПУТИ НА ПРОЧНОСТЬ

И УСТОЙЧИВОСТЬ

по дисциплине

«Проектирование и расчёт верхнего строения пути»

Выполнил: ст. группы СТП-425

Морозов К.О.

Проверил: доц. А.В. Замуховский

МОСКВА 2014 г.

СОСТАВ ПРОЕКТА

1. Расчёт верхнего строения пути заданной конструкции на прочность по условиям его надёжности в существующих эксплуатационных условиях на прямых и кривых участках в летних и зимних условия. Расчёт стыковых и погонных сопротивлений для данной конструкции звеньевого пути. Определение характера работы рельсов с расчётом величины рельсовых зазоров в годичном цикле.

2. Расчёт верхнего строения пути, укладываемого при реконструкции, на прочность по условиям обеспечения его надёжности при перспективны эксплуатационных условиях.

3. Определение условий применения бесстыкового пути в заданных климатических условиях при перспективных эксплуатационных условиях с установлением температурных интервалов закрепления рельсовых плетей. Расчёт стыковых и погонных сопротивлений для конструкции бесстыкового пути. Расчёт величины зазора, возникающего в случае излома рельсовой плети зимой.

4. Анализ полученных результатов в целом : сравнение с аналогами. Выводы. Предложения. Оформление пояснительной записки.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

1. Существующие эксплуатационные условия

Характеристика подвижного состава:

Локомотив серии: М62у

Нагрузка на ось: 21 т/ось

Скорость движения на прямой: V=97 км/ч, на кривой V=87 км/ч

Грузовой вагон с тележками по типу ЦНИИ-ХЗ-0

Нагрузка на ось: 26,4 т/ось

Характеристика существующего верхнего строения пути :

Тип рельсов : Р65 Длина рельсов 25м

Приведённый износ рельсов : 6 мм

Шпалы : железобетонные

Скрепление типа: КБ

Крутящий момент на гайках клеммных болтов : 148 нм

Балласт : щебень

Модуль упругости пути ( лето, прямая): 90 МПа

Коэффициент отношения зимнего модуля пути к летнему: 1,65

Крутящий момент на гайках стыковых болтов: 435 нм

Минимальный радиус кривых R=600 м

Эпюра шпал: на прямых 1650 шт/км, на кривых 1890 шт/км

2. Эксплуатационные условия после реконструкции

Характеристика подвижного состава:

Локомотив серии: М62у

Нагрузка на ось: 21 т/ось

Скорость движения: на прямой V=97 км/ч, на кривой V=87 км/ч

Грузовой вагон с тележками по типу ЦНИИ-ХЗ-0

Нагрузка на ось: 26,4 т/ось

Характеристика верхнего строения пути после реконструкции:

Тип рельсов: Р65

Приведённый износ рельсов: 0 мм

Шпалы: железобетонные

Скрепления типа: АРС4

Усилие прижатия рельса: кН

Балласт: щебень

Крутящий момент на гайках стыковых болтов: 435 нм

Минимальный радиус кривых R=600 м

Эпюра шпал: на прямых 1840 шт/км, на кривых 2000 шт/км

3. Прочие данные

Район проектирования: Волоколамск

Температура рельсов при укладке бесстыкового пути 18

Расчёт существующего верхнего строения пути на прочность

Таблица 1.1 - Расчётные характеристики для грузового локомотива М62у

Время года	План линии	U, МПА	k, м^-1	V, км/ч	Kд	Pcт, кН	qк, кН	d, м	e0, м	l, м	Жр, кН/м
Лето	Прямая	90,0	1,352		0,401			1,05	0,00047	0,6
Кривая	99,0	1,384		0,371			1,05	0,00047	0,53
Зима	Прямая	148,5	1,532		0,401			1,05	0,00047	0,6
Кривая	163,4	1,569		0,371			1,05	0,00047	0,53

Продолжение таблицы 1.1

План линии							, м
Прямая	0,931	0,322	0,87		0,57	0,403	0,047*10^-2
Кривая	0,931	0,322	0,87		0,52	0,403	0,047*10^-2
Прямая	0,931	0,322	0,87		0,57	0,403	0,047*10^-2
Кривая	0,931	0,322	0,87		0,52	0,403	0,047*10^-2

Таблица 1.2 - Расчётные характеристики для вагона ЦНИИ-ХЗ-0

Время года	План линии	U, МПА	k, м^-1	V, км/ч	Kд	Pcт, кН	qк, кН	d, м	e0, м	l, м	Жр, кН/м
Лето	Прямая	90,0	1,352		0,555			0,95	0,00067	0,6
Кривая	99,0	1,384		0,514			0,95	0,00067	0,53
Зима	Прямая	148,5	1,532		0,555			0,95	0,00067	0,6
Кривая	163,4	1,569		0,514			0,95	0,00067	0,53

Продолжение таблицы 1.2

						, м
0,931	0,322	0,87		0,57	0,403	0,067*10^-2
0,931	0,322	0,87		0,52	0,403	0,067*10^-2
0,931	0,322	0,87		0,57	0,403	0,067*10^-2
0,931	0,322	0,87		0,52	0,403	0,067*10^-2

Определение динамической нагрузки

- максимальное значение силы инерции от колебаний кузова на рессорах, возникает в момент наибольшего сжатия рессор.

- жесткость комплекса рессор, отнесенная к одному колесу Н/м (определяется по данным таблицы "Расчетные характеристики локомотивов и вагонов")

Максимальный динамический прогиб рессор =a+bV² (определяется по данным таблицы "Прогибы рессорного подвешивания")

Средняя динамическая нагрузка

- среднее значение вертикальной составляющей сил инерций от колебаний кузова на рессорах, Н.

Средняя величина вертикальной нагрузки

- среднее значение вертикальной нагрузки.

- статическая нагрузка колеса на рельс, Н

Среднее квадратическое отклонение

- ное отклонение, вызванные колебанием кузова на рессорах H.

- ное отклонение, вызванные неровностими на пути H.

- ное отклонение, вызванные изолированной неровностью колеса H.

- ное отклонение, вызванное непрерывной неровностью колеса H.

0,5 -количество колес рассчитываемого типа, имеющих изолированные плавные неровности на поверхности катания, отнесенный к общему числу таких колес %, эксплуатируемых на участке.

0,95- количество колес %, имеющих непрерывную плавную неровность на поверхности катания.

Среднее квадратическое отклонение нагрузки

Среднее квадратическое отклонение динамической нагрузки колеса на рельс от сил инерции необрессоренных масс

где - коэффициент учитывающий колеблющейся массы пути (для деревянных шпал =0, 931).

- коэффициент учета жесткости пути (для железобетонных шпал = 0,322).

- коэффициент зависящий от типа рельсов (для рельсов Р65 он равен соответственно 0,87).

- коэффициент учета рода баласта (для щебня принимаем равным 1).

- расстояние между осями шпал (на прямых равен 0,55 на кривых 0,5).

- [ - коэффициент относительной жесткости рельсового основания к рельсу.

Среднее квадратическое отклонение нагрузки от сил инерции, вызванных изолированной неровностью на колесе

- коэффициент учета взаимодействия массы пути и необрессоренной массы экипажа(деревянные шпалы - 0,433; железобетонные- 0,403)

- расчетная глубина изолированной неровности

- максимальный дополнительный прогиб рельса, отнесенный к единице глубины неровности.

Среднее квадратическое отклонение нагрузки от сил инерции необрессоренной массы при движении колеса непрерывной неровностью катания

Расчётная нагрузка колеса на рельс

Все расчёты сведены в таблицу 1.3.

Таблица 1.3

Тип подвижного состава	Время года	План линии	Pmax, кН	Pcp(p), кН	Pср, кН	Sp	Sнп	Sинк	Sннк	S	Pрасч, кН
М62у	Лето	прямая
кривая
Зима	прямая
кривая
ЦНИИ-ХЗ-0	Лето	прямая
кривая
Зима	прямая
кривая

Изгибающий момент М в рельсе, давление Q рельса на шпалу и прогиб y рельса, возникающие в сечении рельса под одиночной силой Р

где ;

При загружении рельсов двух- и трёхосными тележками необходимо определить максимальные значения M, Q и от системы сил.

Наибольший изгибающий момент возникает под крайней осью тележки, а наибольшие величины нагрузки на шпалу и упругого прогиба могут возникнуть как под крайними осями, так и под средней осью.

За расчётную силу принимаем первую ось тележки, т.к. выполняется условие

Величины сил от расчётной оси принимаются в их максимально вероятном значении, а от соседних осей в среднем с учётом соответствующих ординат линий влияния и

Эквивалентная сила для определения изгибающего момента от системы сил

Эквивалентная сила для определения давления на шпалу и упругого прогиба

Величины M, Q, y при этом определяются по формулам

Напряжения изгиба в рельсах по оси его подошвы и головки от вертикальной нагрузки

С учётом действия вертикальных внецентренно приложенных и горизонтальных поперечных сил определяются напряжения в кромках головки и подошвы

Средние напряжения сжатия под подкладками на деревянных шпалах и в прокладках на железобетонных, а также в балластном слое под каждой шпалой в подрельсовом сечении

Все расчёты сведены в таблицу 1.4

Таблица 1.4

Тип подвижного состава	Время года	План линии	М, Н*м	, Н	, МПа	, МПа	, МПа	, МПа	, МПа	, МПа	, МПа
М62у	Лето	прямая							1,13	0,19	0,058
		кривая							1,00	0,16	0,054
	Зима	прямая							1,29	0,19	0,058
		кривая							1,14	0,16	0,054
ЦНИИ-ХЗ-0	Лето	прямая							1,27	0,21	0,063
		кривая							1,13	0,18	0,06
	Зима	прямая							1,46	0,21	0,063
		кривая							1,3	0,18	0,06

Расчёт стыковых и погонных сопротивлений

Осевая сила натяжения болтов

Нормальное давление от 1 болта

Сила трения

,

где - коэффициент трения металла по металлу

Сопротивление стыка сдвигу рельса в накладках

Погонное сопротивление летом

Осевая сила в клеммном болте

Сопротивление продольному сдвигу рельса

,

где - коэффициент трения металла по металлу

- коэффициент трения металла по прокладке

Погонное сопротивление зимой

Определение температурных перемещений

Температурный перепад

Оптимальный интервал закрепления

летом -

зимой -

Определение стыкового зазора

летом -

зимой -

Все расчёты сведены в таблицу 1.5

Таблица 1.5

, кН	, кН	, кН	, кН	, кН/м	, кН	, кН	, кН/м
60,95	125,56	25,11	301,32	5,77	19,62	13,73	22,65

Продолжение таблицы 1.5

,				, мм	, мм
2,1	4,2	53,9	-42,8	15,9	12,6