Температурная работа рельсов
МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
Кафедра: «Путь и строительство железных дорог»
РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА
по дисциплине:
«Расчет и проектирование элементов железнодорожного пути »
Выполнил: студент 4 курса гр.274
Рябова В.В.
Проверил: Ершов В.В.
Самара
ТЕМПЕРАТУРНАЯ РАБОТА РЕЛЬСОВ
1.1. В рельсосварочном предприятии изготовили рельсовую плеть длинной Ln=666 м при tр= -12ºС . Какую длину плети следует указать на внутренней стороне шейки рельсы? Какая еще информация распологается там же?
1.2. Какая продольная T сила возникает в рельсах при нулевых зазорах и повышение t на 45ºС?
1.3. Определить длину L1 рельсовой плети размешенной на роликовых опрорах при изменение ее температуры на ∆t = 45 ºС? До измерения температуры плеть имела длину L=666 м.
1.4. На сколько должна изменится температура рельса, чтобы стыковое сопротивление было преодолено? При данных условиях: Р65, L=25 м и R=100000 Н.
1.5. Рельсовая плеть длиной L=666 м закреплена при tо=25ºС. Уравнительный пролет состоит из трех пар уравнительных рельсов длиной по 12,5 м. Величины стыковых зазоров в уравнительных зазорах ∆=16 мм. Определить произойдёт ли в заданном географическом районе смыкание зазоров при tmax max. Будет ли достигнут конструктивный максимум зазоров (2,1 см.) в уравнительном пролете при tmin min. Климатический район станции Ребриха (Железная дорога: Западно-Сибирская) (tmax max = 59 ºС, tmin min = -50 ºС).
Решение
1.1. Изменение длины рельсовой плети составит:
∆L=αL(20- tр)=0,0000118∙666∙(20-(-12))=0,25 м.
На внутренней стороне шейки рельса должна быть указана длина
666+0,25=666,25 м.
42-317-666,25-12П-20.09.10-29 ºС.
42 – номер предприятия;
317 – номер сварочной ведомости;
12П – номер по проекту
20.09.10 – дата укладки
29 ºС – температура укладки
1.2. Продольная сила возникающая при изменении температуры на 45 ºС составит:
α·Е = 0,0000118∙2100000 = 25 кг/см = 250 Н/см град;
Р·t = σ ∙F = α Е∙F∙∆t = 250∙82,7∙45 = 930375 ≈ 93 т.
1.3. Длина рельсовой плети размешенной на роликовых опорах составит:
∆L=αL(∆t)=0,0000118∙666∙45=0,35 м.
L1=L+∆L=666+0,35=666,35 м.
1.4. Изменение температуры для преодоления стыкового сопротивления будет составлять:
ºС
1.5.
Рис. 1. Распределение продольных температурных напряжений по длине рельса: L- общая длина рельса; x- длина подвижной части рельса; ( L-2x) – неподвижная часть рельса; R- стыковое сопротивление.
Смыкание зазоров в уравнительном пролете возможно только при повышении температуры. Диапазон температур (∆t+), при которых конец рельсовой плети смещается в сторону уравнительного пролета (с учетом сопротивления стыкового скрепления ∆ t н = 5ºС) для заданных tз = 25ºС и
t max max = 59ºС равен:
∆t+ = tmax max – tз - ∆tн = 59 – 25 – 5 = 29 ºС
Определим длину х участка продольной деформации рельса при повышении его температуры до значения t max max = 59ºС относительно tз = 25ºС
Длина активного концевого участка x может быть найдена из выражения:
x = α EF∆t + / p
x =250 Н/см.град·82,7 см² (59-25-5) / 80 Н/см = 7495 см
Смещение конца рельса при такой температуре после преодоления стыкового сопротивления равно:
∆L+=0,5 α x ∆t+ .
∆L+ =0,5·0,0000118·7495·29 = 1,3 см.
При повышении температуры для полного смыкания всех 4-х зазоров в уравнительном пролете конец рельсовой плети должен переместиться в сторону уравнительных рельсов на ∆L1+ = δ Ф · 4 = 12 *4 = 48 мм
Так как ∆L+ < ∆L1 +,то есть 13 мм < 48 мм, то смыкания зазоров в уравнительном пролете не произойдет.
Повторим расчеты для случая понижения температуры.
Раскрытие (увеличение) зазоров в уравнительном пролете возможно только при понижении температуры. Диапазон температур (∆t-), при которых зазоры увеличиваются за счет смещения конца рельсовой плети в сторону её середины (с учетом сопротивления стыкового скрепления:
∆t н = 5ºС) для заданных tз = 25ºС и t min min = – 50ºС равен
∆t- = tз - ∆tн - t min min = 25 – 5 – (– 50) = 70ºС
Определим длину х участка продольной деформации рельса при понижении его температуры до значения t min min = – 50ºС
x = α EF∆t- / p =250∙82,7∙70/80=18091см ≈181 м
Смещение конца рельса при понижении температуры после преодоления стыкового сопротивления равно:
∆L=0,5 α x ∆ t - .
∆L - =0,5·0,0000118·18091·70 = 7,8 см
При понижении температуры до t min min= – 50ºС для полного (конструктивного) раскрытия всех 4-х зазоров в уравнительном полете до
δ max = 2,1 см состояние зазоров позволят переместиться концу рельсовой плети в сторону середины плети на величину∆L1 -, значение которой определяется формулой:
∆L1 - = (δ max - δ Ф) · 4 = (2,1 – 1,2)·4 = 3,6 см
Так как при интервале температур ∆t- возможное перемещение конца плети ∆L - = 7,8 см , а для полного раскрытия зазоров достаточно ∆L1 - = 3,6 см, то есть ∆L- > ∆L1 - то в уравнительном пролете произойдет полное их раскрытие.
Решение
Для ст. Ребриха:
tопт =25 ± 5 ºC
tmax max =59 ºC
tmin min = - 50 ºC
Та= tmax max- tmin min=59-(-50)=109 ˚C
По таблицам П.2.1 и П.2.2 ТУ 2000 определяем допускаемые повышения [∆ty] и понижения [∆tp] температуры рельсов и их амплитуды для каждого из элементов плана:
[T] = [∆ty] + [∆tp] – [∆tз] = [∆ty] + [∆tp] –10, ˚C
где [∆ty] - допустимое по условию обеспечения устойчивости при повышении температуры рельсовых плетей по сравнению с температурой их закрепления;
[∆tp]- допустимое по условию обеспечения прочности рельсовых плетей понижение температуры рельсов по сравнению с температурой их закрепления;
[∆tз]- минимальный интервал температур, в котором должны быть закреплены рельсовые плети на постоянный режим (принимается равным 10˚C)
Таблица1
Элемент | [∆tp], ˚C | [∆ty], ˚C | [T]= [∆tp]+[∆ty]-10˚C |
прямая | Т=95+54-10=139 | ||
R1=1300 м | Т=98+47-10=135 | ||
R2=450 м | Т=103+38-10=131 |
Для всех элементов плана [T] > [Tа], то есть
[T]пр> [Tа]; 139 > 109;
[T]1300 > [Tа]; 135 > 109;
[T]450 > [Tа]; 131 > 109.
Следовательно, укладка названной выше конструкции бесстыкового пути возможна.
Границы интервала закрепления для каждого из элементов плана определяются по формулам:
min tз= tmax max - [∆ty ];
max tз= [∆tp] + tmin min .
Таблица2
прямая | min tз=59-54=5˚С | max tз=-50+95=45˚С |
R1=1300 м | min tз=59-47=12˚С | max tз=-50+98=48˚С |
R2=450 м | min tз=59-38=21˚С | max tз=-50+103=53˚С |
Рельсовая плеть на всём своём протяжении должна быть закреплена на постоянный режим работы в одном интервале температур, границы которого определяются наиболее высокой из рассчитанных min tз и наиболее низкой из рассчитанных max tз . Для всей плети длиной 2500 м для ст. Ребриха принимается min tз = + 21º C, max tз = + 53º С.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕЙТРАЛЬНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ В МЕСТАХ ОТСТУПЛЕНИЯ ОТ НОРМ СОДЕРЖАНИЯ В ПЛАНЕ
По заданным значениям скорости движения поездов в кривой R2=450 м и третьей степени отступлении от норм содержания в плане определить по методике ВНИИЖТа:
5.1.Отклонение фактического tз от первоначального;
5.2. Новую tз;
5.3. Определить условие устойчивости в местах отступлении и построить температурную диаграмму, приняв за tз=min tзопт = 20˚С (ст. Ребриха, Железная дорога: Западно-Сибирская – tопт =25 ± 5 ºC)
Решение:
5.1.Отклонение ∆f =25 мм для 3 степени отступления от норм содержания в плане и профиле скорости.
Используя терминологию ТУ-2000 отклонение фактической температуры закрепления рельсовых плетей при отступлении от номинальной стрелы изгиба на 1 мм составит 0,187 ° С
Δ t О.ПЛ,УД = 0,187 ° С
При отступлении от номинальной стрелы изгиба или норм содержания, равном Δf ,мм (Δf > 0)
Δ t О.ПЛ = Δ t О.П.УД · Δf
ΔΔtΔf =0,187·25=4,675° С
5.2.Значение новой (фактической) температуры закрепления участка рельсовой плети в местах отступлений от норм содержания в плане определится по формуле
t О.О.ПЛ = t З - ∆ t О.ПЛ , ˚С.
t О.О.ПЛ = 20-4,7=15,3 ˚С.
5.3.Условие устойчивости бесстыкового пути в местах отступлений от норм содержания в плане определяется неравенством:
t О.О.ПЛ ≥ min t З,
где min t З= tmax max - [Δty]= 59-38=21˚С
15,3 < 21,
условие соблюдается, следовательно, устойчивость в кривой R= 450 м не будет обеспечена.
4.Диаграмма температурной работы для кривой радиусом R= 450 м
МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
Кафедра: «Путь и строительство железных дорог»
РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА
по дисциплине:
«Расчет и проектирование элементов железнодорожного пути »
Выполнил: студент 4 курса гр.274
Рябова В.В.
Проверил: Ершов В.В.
Самара
ТЕМПЕРАТУРНАЯ РАБОТА РЕЛЬСОВ
1.1. В рельсосварочном предприятии изготовили рельсовую плеть длинной Ln=666 м при tр= -12ºС . Какую длину плети следует указать на внутренней стороне шейки рельсы? Какая еще информация распологается там же?
1.2. Какая продольная T сила возникает в рельсах при нулевых зазорах и повышение t на 45ºС?
1.3. Определить длину L1 рельсовой плети размешенной на роликовых опрорах при изменение ее температуры на ∆t = 45 ºС? До измерения температуры плеть имела длину L=666 м.
1.4. На сколько должна изменится температура рельса, чтобы стыковое сопротивление было преодолено? При данных условиях: Р65, L=25 м и R=100000 Н.
1.5. Рельсовая плеть длиной L=666 м закреплена при tо=25ºС. Уравнительный пролет состоит из трех пар уравнительных рельсов длиной по 12,5 м. Величины стыковых зазоров в уравнительных зазорах ∆=16 мм. Определить произойдёт ли в заданном географическом районе смыкание зазоров при tmax max. Будет ли достигнут конструктивный максимум зазоров (2,1 см.) в уравнительном пролете при tmin min. Климатический район станции Ребриха (Железная дорога: Западно-Сибирская) (tmax max = 59 ºС, tmin min = -50 ºС).
Решение
1.1. Изменение длины рельсовой плети составит:
∆L=αL(20- tр)=0,0000118∙666∙(20-(-12))=0,25 м.
На внутренней стороне шейки рельса должна быть указана длина
666+0,25=666,25 м.
42-317-666,25-12П-20.09.10-29 ºС.
42 – номер предприятия;
317 – номер сварочной ведомости;
12П – номер по проекту
20.09.10 – дата укладки
29 ºС – температура укладки
1.2. Продольная сила возникающая при изменении температуры на 45 ºС составит:
α·Е = 0,0000118∙2100000 = 25 кг/см = 250 Н/см град;
Р·t = σ ∙F = α Е∙F∙∆t = 250∙82,7∙45 = 930375 ≈ 93 т.
1.3. Длина рельсовой плети размешенной на роликовых опорах составит:
∆L=αL(∆t)=0,0000118∙666∙45=0,35 м.
L1=L+∆L=666+0,35=666,35 м.
1.4. Изменение температуры для преодоления стыкового сопротивления будет составлять:
ºС
1.5.
Рис. 1. Распределение продольных температурных напряжений по длине рельса: L- общая длина рельса; x- длина подвижной части рельса; ( L-2x) – неподвижная часть рельса; R- стыковое сопротивление.
Смыкание зазоров в уравнительном пролете возможно только при повышении температуры. Диапазон температур (∆t+), при которых конец рельсовой плети смещается в сторону уравнительного пролета (с учетом сопротивления стыкового скрепления ∆ t н = 5ºС) для заданных tз = 25ºС и
t max max = 59ºС равен:
∆t+ = tmax max – tз - ∆tн = 59 – 25 – 5 = 29 ºС
Определим длину х участка продольной деформации рельса при повышении его температуры до значения t max max = 59ºС относительно tз = 25ºС
Длина активного концевого участка x может быть найдена из выражения:
x = α EF∆t + / p
x =250 Н/см.град·82,7 см² (59-25-5) / 80 Н/см = 7495 см
Смещение конца рельса при такой температуре после преодоления стыкового сопротивления равно:
∆L+=0,5 α x ∆t+ .
∆L+ =0,5·0,0000118·7495·29 = 1,3 см.
При повышении температуры для полного смыкания всех 4-х зазоров в уравнительном пролете конец рельсовой плети должен переместиться в сторону уравнительных рельсов на ∆L1+ = δ Ф · 4 = 12 *4 = 48 мм
Так как ∆L+ < ∆L1 +,то есть 13 мм < 48 мм, то смыкания зазоров в уравнительном пролете не произойдет.
Повторим расчеты для случая понижения температуры.
Раскрытие (увеличение) зазоров в уравнительном пролете возможно только при понижении температуры. Диапазон температур (∆t-), при которых зазоры увеличиваются за счет смещения конца рельсовой плети в сторону её середины (с учетом сопротивления стыкового скрепления:
∆t н = 5ºС) для заданных tз = 25ºС и t min min = – 50ºС равен
∆t- = tз - ∆tн - t min min = 25 – 5 – (– 50) = 70ºС
Определим длину х участка продольной деформации рельса при понижении его температуры до значения t min min = – 50ºС
x = α EF∆t- / p =250∙82,7∙70/80=18091см ≈181 м
Смещение конца рельса при понижении температуры после преодоления стыкового сопротивления равно:
∆L=0,5 α x ∆ t - .
∆L - =0,5·0,0000118·18091·70 = 7,8 см
При понижении температуры до t min min= – 50ºС для полного (конструктивного) раскрытия всех 4-х зазоров в уравнительном полете до
δ max = 2,1 см состояние зазоров позволят переместиться концу рельсовой плети в сторону середины плети на величину∆L1 -, значение которой определяется формулой:
∆L1 - = (δ max - δ Ф) · 4 = (2,1 – 1,2)·4 = 3,6 см
Так как при интервале температур ∆t- возможное перемещение конца плети ∆L - = 7,8 см , а для полного раскрытия зазоров достаточно ∆L1 - = 3,6 см, то есть ∆L- > ∆L1 - то в уравнительном пролете произойдет полное их раскрытие.