Выбор конструкции ВСП. Определение потребности в материалах. Определение их стоимости

Выбор конструкции  ВСП. Определение потребности в  материалах. Определение их стоимости.

Введение

1.Верхнее строение  пути.

   1.1. Определение  грузонапряженности на заданном  участке.

   1.2. Определение  группы, категории и класса пути.

   1.3. Выбор  конструкции , типа и характеристик верхнего строения для путей перегона.

2. Определение  стоимости материалов ВСП и  балласта.

Исходные  данные

Количество путей  на перегоне: 2

Вид тяги: электровозная

Годовой объем  работы ПМС 86

Процент кривых 24%

1.Верхнее строение пути.

1. Определение грузонапряженности на заданном участке.

     Грузонапряжённость железнодорожных  линий- это  показатель интенсивности использования железнодорожной сети ( млн.т. брутто в год).

     Грузонапряженность = 365* (∑NQ)/1000

     Нечетный путь,1

     NQ скорые = 0,7*4 = 2,8;

     NQ пассажирские = 0,8*1 = 0,8;

     NQ грузовые = 3,4*12 = 40,8;

     365*(2,8+0,8+40,8)/ 1000 = 16,2 млн.т.км /км в год

     Четный  путь,2

     NQ скорые = 0,6*2 = 1,2;

     NQ пассажирские = 0,9*3 = 2,7;

     NQ грузовые = 1,0*18 = 72;

     365*(1,2+2,7+72)/1000 = 27,7 млн.т.км /км в год

2. Определение группы, категории и класса пути.

     Современная система ведения путевого хозяйства  основана на классификации пути в  зависимости от грузонапряжённости и скоростей движения поездов.

     Железнодорожный путь классифицируется в зависимости  от сочетаний грузонапряженности и максимальных допускаемых скоростей движения пассажирских и грузовых поездов.

    Наряду  с грузонапряженностью в классификации  появляется новый оценочный критерий - скорость, а все эксплуатируемые железнодорожные пути подразделяются на классы, согласно которым, определяется техническая политика и экономические отношения в управлении железнодорожной инфраструктурой.

    Классы  представляют собой сочетание классификационных  показателей (групп и категорий).

    Каждая  из семи категорий имеет определенный интервал скорости (км/ч) пассажирских поездов, с учетом ограничений, определенных для грузового движения.

    Критерием выбора группы (их шесть, в соответствии с  распоряжением ОАО «РЖД»  от 1 июля 2009 года № 1393р.) является грузонапряженность (млн.т. км. бр. /км в год)

    На  двухпутных и многопутных участках классы путей устанавливаются одинаковыми  с классом пути, имеющим большую  грузонапряженность, при условии, если разница в грузонапряженности не превышает 30%. При большей разнице  класс каждого из путей устанавливается по фактическому сочетанию грузонапряженности и установленной скорости.

    Непрерывная длина пути соответствующего класса, как правило, не должна быть менее  длины участка движения с одинаковыми  на всем его протяжении грузонапряженностью  и установленными скоростями пассажирских или грузовых поездов (в зависимости от того, какая из них соответствует более высокому классу), без учета отдельных километров и мест, по которым уменьшена установленная скорость из-за кривых малого радиуса, временно неудовлетворительного технического состояния пути или искусственных сооружений, либо по другим причинам.

    Класс главных путей на станции должен соответствовать классу пути одного (или обоих при их равенстве) из прилегающих перегонов.

    Таблица 1

    Классы  путей на участках совмещенного движения

    Примечания:

    1. При количестве графиковых пригородных и пассажирских поездов с максимальными скоростями движения 80 км/ч и более, независимо от значения грузонапряженности, путь должен быть не ниже:

    1 класса- более 100 поездов в сутки;

    2 класса - 31 - 100 поездов в сутки;

    3 класса - 6 - 30 поездов в сутки.

    2. На участках со сложным планом, на которых кривых с радиусом  менее 350 м более 20%, или всех  кривых более 40%, при прочих  равных условиях класс пути  повышается на одну ступень.

    3. При совпадении 1 и 2 условий класс  пути может быть повышен только  один раз.

    4. Приемо-отправочные и станционные  пути, предназначенные для безостановочного  пропуска поездов со скоростями 40 км/ч и более относятся к  3 классу. Станционные пути, не предназначенные  для безостановочного пропуска  поездов при установленных скоростях  40 км/ч, а также специальные пути, предназначенные для обращения подвижного состава с опасными грузами, сортировочные пути со скоростями движения 40 км/ч относятся к 4 классу. Остальные станционные, подъездные и прочие пути относятся к 5 классу.

    5. Пути сортировочных горок классифицируются в зависимости от объемов среднесуточной переработки вагонов:

    сортировочные горки большой и повышенной мощности: переработка в среднем в сутки 3500 вагонов и выше или при числе  путей в сортировочном парке 30 и более - относятся к 2 классу;

    сортировочные горки средней мощности: переработка  в среднем в сутки от 1500 до 3500 вагонов или при числе путей  в сортировочном парке от 17 до 29 - относятся к 3 классу;

    сортировочные горки малой мощности; переработка  в среднем в сутки от 250 до 1500 вагонов или при числе путей в сортировочном парке до 16 включительно - относятся к 4 классу;

    6. Путям на линиях, входящих в  основные грузовые и пассажирские  направления присваивается класс  не ниже второго.

    7. Класс стрелочного съезда определяется по большему из классов соединяемых путей.

    8. Скорости рефрижераторных и пригородных  поездов при назначении категории  пути рассматриваются как скорости  пассажирских поездов. 

3. Выбор конструкции , типа и  характеристик верхнего строения для путей  перегона.

    Верхнее строение пути - совокупность элементов которая конструктивно воспроизводит рельсовую колею, воспринимает и передает нагрузку и воздействие на нижележащие части сооружения. Типы верхнего строения пути регламентируют целесообразные сочетания конструктивных элементов отвечающие условиям эксплуатации на некоторый период времени. Верхнее строение пути (ВСП) представляет из себя единую комплексную конструкцию, состоящую из рельсов, скреплений, подрельсового основания или рельсовых опор (чаще всего в виде шпал), а так же основание для самих рельсовых опор (в большинстве случаев это балластная призма).

    Требования  к конструкции и техническому состоянию ВСП определяется его  назначением - обеспечивать безопасное и непрерывное движение поездов  с установленными скоростями.

    В процессе движения железнодорожного состава  по рельсам во всех элементах ВСП  поочередно возникают напряжения, которые, в конечном итоге, приводят к появлению  в них различного рода деформаций. Процесс их развития наиболее интенсивно идет в условиях все увеличивающейся скорости движения подвижного состава и повышения его осевой нагрузки. Изменения условий работы, а так же, при достижении напряжений определенных критических значений (хотя бы в одном из элементов ВСП) может привезти к расстройству всей системы в целом, и вызвать либо ограничение скорости движения, либо к его закрытию вообще. В этой связи, становится понятным, что каждый из элементов ВСП должен быть обладать достаточной прочностью и устойчивостью в работе, а так же, быть износостойким и обладать возможно большими сроками службы. Кроме того все детали и устройства должны быть простыми и экономичными в изготовлении, ремонте и эксплуатации. В целом, вся конструкция ВСП должна быть стабильной и экономичной в любых эксплуатационных и природно - климатических условиях, которые на железных дорогах РФ, достаточно разнообразны. Использовать одну конструкцию ВСП для всей сети нельзя, а строить и эксплуатировать много видов нерационально, поэтому проведена типизация ВСП по главному элементу ВСП - рельсам. Так например:

    рельсы  Р65 применяются для железных дорог  с грузонапряженностью от 25 до 75млн. т .км /км в год ГОСТ Р 51685-2000;

    рельсы  Р50 применяются для железных дорог  с грузонапряженностью от 10 до 25 млн.т.км /км в год ГОСТ Р 51685-2000;

    С 1964 в нашей стране на главных путях  магистральных ж. д. введено три  типа ВСП:

    нормальный (рельсы Р50);

    тяжёлый (Р65);

    особо тяжёлый (Р75).

    Для каждого типа установлены стандарты, определяющие конструкцию, размеры, качество материала каждого из составляющих элементов ВСП. Определяющим при выборе типа конструкции является грузонапряжённость. 

    Конструкция ВСП

    Предусмотрены три конструкции верхнего строения пути:

    · бесстыковой путь на железобетонных шпалах (более короткие -со сварными плетями длиной 500-800м, между которыми уложены 2-4 уравнительных рельса длиной по 12,5м);

    · звеньевой путь на железобетонных шпалах(с укладкой 25 метровых рельсошпальных решеток);

    · звеньевой путь на деревянных шпалах(с укладкой 25 метровых рельсошпальных решеток).

    При этом в регионах, где позволяют  климатические условия, на путях 1-4 классов рекомендуется преимущественно применять бесстыковой путь, а на путях пятого класса -- звеньевой путь на железобетонных шпалах. Но так как, климатические условия не позволяют нам применять бесстыковой путь, то мы применяем звеньевой путь.

    Земляное  полотно

    Верхнее строение пути размещается, как правило, на земляном полотне, основными сооружениями которого являются насыпи и выемки. Земляное полотно настоящей железной дороги должно быть взаимосвязанным с притрассовой автодорогой, ремонтнопригодным и обеспечивать длительную эксплуатацию при пропуске современных и перспективных типов подвижного состава при максимальных скоростях движения поездов и расчетной грузонапряженности. К земляному полотну настоящей железной дороги предъявляются следующие основные требования:

• оно должно быть прочным, устойчивым, надежным и долговечным;
• все поверхности земляного полотна, устройства в полосе отвода должны быть спланированы и защищены так, чтобы атмосферная вода нигде не застаивалась и был бы обеспечен максимальный ее отток в сторону или специальные водоотводные сооружения, а текущая вода не размывала бы откосы и основание;
• конструкция земляного полотна должна обеспечивать минимальные расходы на ее сооружение и эксплуатацию при максимально возможной механизации производства работ.

      
 
Элементы верхнего строения пути: 1 — рельсы, 2 — шпалы, 3 — промежуточные рельсовые скрепления,  
4 — щебеночный балласт, 5 — песчаная подушка

      
Толщина балластного слоя, а также  расстояние между шпалами должны быть такими, чтобы давление на земляное полотно не превышало величины, обеспечивающей его упругую осадку, исчезающую после снятия нагрузки. Работа верхнего строения пути как единой конструкции видна из рисунка. По мере удаления вниз от места непосредственного контакта пути с подвижным составом давление рассредоточивается на все большую площадь и на земляное полотно уже передается почти равномерное давление примерно 0.8-10² кПа.

     
Верхнее строение пути работает в сложных условиях, подвергаясь воздействию проходящих поездов, атмосферных осадков, ветра, колебаний температуры, при этом оно должно быть достаточно прочным, устойчивым, долговечным и экономичным. Тип верхнего строения пути в значительной мере определяется мощностью укладываемых рельсов и зависит от грузонапряженности линии, осевых нагрузок, скоростей движения поездов. В зависимости от грузонапряженности на магистральных железных дорогах установлены три типа верхнего строения пути (таблица).  
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Таблица 2

Балластный  слой

    Основным  назначением балластного слоя является восприятие давления от шпал и равномерное  распределение его на основную площадку земляного полотна, обеспечение  устойчивости шпал под воздействием вертикальных и горизонтальных сил, обеспечение упругости подрельсового основания и возможности выправки рельсо-шпальной решетки в плане и профиле, отвод от нее поверхностных вод. 
 Балластный слой не должен задерживать на своей поверхности воду, предохранять основную площадку от переувлажнения. Материал для балласта должен быть прочным, упругим, устойчивым под нагрузкой и атмосферными воздействиями, дешевым. Кроме того, он не должен дробиться при уплотнении, пылить при проходе поездов, раздуваться ветром, размываться дождями, прорастать травой. В качестве балласта используют сыпучие, хорошо дренирующие упругие материалы: щебень, гравий, песок, отходы асбеста, ракушечник. Балластом на магистральных линиях обычно служит щебень фракции 25-60 мм, на менее деятельных линиях - гравий, доменные шлаки, песок. Лучшим материалом для балласта является щебень из естественного камня, валунов и гальки. 
 Путевой щебень, применяемый на железных дорогах СССР, выпускают двух основных фракций с размерами частиц от 25 до 60 и от 25 до 50 мм. Для балластировки станционных путей и строительных целей стандартом предусмотрен также выпуск мелкого щебня фракции от 5 до 25 мм. Щебень хорошо пускает воду, не смерзается в зимнее время, оказывает в 1,5 раза большее сопротивление продольному сдвигу и допускает в 2 раза большее вертикальное давление по сравнению с песчаным балластом, превышает срок службы балласта из любого другого материала. Однако щебень быстрее загрязняется различными сыпучими материалами (углем, торфом, рудой), просыпающимися на путь при перевозках. Для предохранения щебня от загрязнения грунтом при вдавливании в земляное полотно, а также для уменьшения расхода щебня его укладывают на песчаную подушку. 
 Гравийный и гравийно-песчаный балласт получают в результате разработки естественно образовавшихся отложений гравия и крупнозернистого песка. Такой балласт дешевле щебня, меньше загрязняется, но вместе с тем менее устойчив к нагрузкам, хуже пропускает воду и может смерзаться в зимнее время. 
 Асбестовый балласт представляет собой отходы асбестового производства в виде раздробленных горных пород с присутствием мелких свободных волокон асбеста. При достаточно высокой несущей способности, малой засоряемости, больших удобствах выправки пути асбестовый балласт имеет и недостатки — сильно пылит при высоких скоростях движения и недостаточно устойчив против размыва ливневыми дождями. 
 Ракушка, как балласт, имеет местное значение и применяется только на малодеятельных линиях. Песчаный балласт является наихудшим из балластов, поэтому его применяют только на малодеятельных линиях, станционных путях и в качестве подушки под щебеночный и асбестовый балласт. 
 Балластный слой укладывается в путь в виде призмы, которая имеет откосы крутизной, как правило, 1:1,5 и верхнюю часть, ширина которой устанавливается техническими условиями.  

      
Поперечный профиль  балластной призмы для  главных путей  двухпутной линии:  
1 — щебень, 2 песок. Основные размеры балластной призмы в зависимости от типа верхнего строения пути даны в таблице ниже.

     
  На линиях скоростного движения пассажирских поездов путь должен укладываться на щебеночный балласт с размерами призмы не менее установленных для тяжелого типа верхнего строения пути, а при грузонапряженности свыше 50 млн. т-км/км в год ширина балластной призмы дополнительно увеличивается еще на 20 см, а толщина—на 5 см. Наименьшая толщина балластного слоя под шпалами на приемо-отправочных путях станций принята 30 см, а на прочих станционных путях — 25 см. Все основные направления сети железных дорог СССР имеют на главных путях щебеночный балласт. 
 В процессе эксплуатации балласт загрязняется, что ухудшает его дренирующие свойства. В связи с этим щебеночный балласт периодически очищают, а гравийный и песчаный заменяют и пополняют. Для снижения затрат труда на устранение расстройств балластного слоя и повышения его стабильности применяют обработку щебня вяжущими полимерными материалами. Для уменьшения засорения балласта и снижения потерь грузов в пути запрещена погрузка сыпучих грузов в вагоны с неисправным полом и дверями, погрузка угля с «шапкой», которая сдувается ветром и осыпается на путь. Применяется обработка сыпучих грузов в вагонах после погрузки специальными растворами, образующими прочную пленку, препятствующую выдуванию груза. 

    Таблица 3

    Шпалы

  Шпалы являются основным видом подрельсовых оснований и служат для восприятия давления от рельсов и передачи его на балластный слой. Кроме того, шпалы предназначены также для крепления к ним рельсов и обеспечения постоянства ширины колеи. Помимо шпал, к подрельсовым основаниям относятся мостовые и переводные брусья, отдельные опоры в виде полушпал, а также сплошные опоры в виде плит и рам. Шпалы должны быть прочными, упругими, дешевыми и обладать достаточным сопротивлением электрическому току. Эпюра шпал (число шпал на 1 км) обычно равна 1440-2200 шт/км (на отечественных ж. д.- 1840-2000 шт/км). Материалом для шпал служит дерево, железобетон, металл. На всех железнодорожных магистралях мира более мощные рельсы обычно укладывают на железобетонные шпалы.

  Начиная с 1957 г. на железных дорогах СССР получили широкое применение железобетонные шпалы с предварительно напряженной арматурой. Достоинством их является долговечность (40—50 лет), обеспечение высокой устойчивости пути, плавность движения поездов, что объясняется одинаковыми размерами и равной упругостью шпал. Кроме того, применение железобетонных шпал позволяет сберечь древесину для других нужд народного хозяйства. Благодаря указанным качествам они уложены уже на главных путях всех основных направлений сети и в том числе на участках скоростного движения поездов.

Железобетонная  шпала

     
 
К недостаткам железобетонных шпал относятся большая масса, токопроводимость, высокая жесткость, сложность крепления рельсов к шпале. Для повышения упругости пути на железобетонных шпалах под рельсы укладывают амортизирующие прокладки. Во избежание утечки электрического тока рельсовые скрепления имеют специальную конструкцию с электроизоляционными деталями. 
 Железобетонные шпалы изготовляют из тяжелого бетона с арматурой из стальной углеродистой холоднотянутой проволоки периодического профиля диаметром 3 мм. 
 Металлические шпалы не получили в нашей стране распространения из-за большого расхода металла, подверженности коррозии, электропроводности, большой жесткости и неприятного шума при движении поездов. 
Порядок расположения шпал по длине рельсового звена, как выше упоминалось, называют эпюрой шпал. На железных дорогах СССР применяют четыре эпюры, соответствующие укладке 1440, 1600, 1840 и 2000 шпал на 1 км пути. 
 На опытных участках железных дорог проходят испытания блочные железобетонные подрельсовые основания в виде сплошных плит и рам. Предполагается, что такие конструкции повысят стабильность пути и уменьшат загрязнение балласта. 
На станциях метро и при устройстве смотровых канав в депо вместо сплошных шпал используются полушпалы, втопленные в бетон.

    Рельсы

  Рельсы предназначены для направления движения колес подвижного состава, восприятия нагрузки от него и передачи ее на шпалы. Кроме того, рельсы используются на участках с автоблокировкой как проводники сигнального тока, а при электротяге — обратного тягового тока. 
 Для надежной работы рельсы должны быть достаточно прочными, долговечными, износоустойчивыми, твердыми и в то же время нехрупкими, так как они воспринимают ударно-динамическую нагрузку. Материалом для рельсов служит высокопрочная углеродистая сталь. В зависимости от массы и поперечного профиля рельсы подразделяются на типы Р50, Р65 и Р75.   Буква Р означает «рельс», а цифра - округленную массу 1 м в килограммах. До 1962 г. в путь укладывали также рельсы типа Р43. 
Поскольку наибольшее воздействие на рельс оказывает вертикальная нагрузка, стремящаяся изогнуть его, наиболее рациональной формой рельса считается двутавровая, обеспечивающая одновременно и меньший расход металла. Основные размеры рельсов разных типов даны в таблице.