Основы устройства и эксплуатации железнодорожного пути

ФГБОУ ВПО 
Амурский институт железнодорожного транспорта – филиал Дальневосточного государственного университета путей сообщения

 

 

 

 

Кафедра: «Железнодорожный путь,  
основания и фундаменты»

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа 
по дисциплине «Основы устройства и эксплуатации 
железнодорожного пути» 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: Гричанюк Наталья 

                                                                    Проверил: Смолева С.В.

 

г.Свободный 
2012г

Исходные данные 

Количество путей на перегоне                                                             2 
Количество поездов в сутки чет / нечет 
-скорых                                                                                                 2/2 
-пассажирских                                                                                      5/5 
-грузовых                                                                                            15/17 
Вес поездов, тыс.т. чет/ нечет 
-скорых                                                                                               0,8/ 0,8 
-пассажирских                                                                                   1,0/ 1,0 
-грузовых                                                                                          3,0/ 3,1 
Наибольшая скорость поездов по перегону, км/ ч 
пассажирских и скорых                                                                        110 
грузовых                                                                                                80 
Количество путей на станции, штук, n_n                                                 7 
Высота насыпи на перегоне, м, H_H                                                        9 
Глубина выемки на перегоне, м, H_B                                                                                   5 
Поперечный уклон местности на перегоне и станции,1/ N             1/ 14 
Форма станционного парка в плане- Трапеция с разной длинной путей 
Условная высота насыпи в центре станционного парка, м                  6,2 
Тип стрелочных переводов                                                                    Р65 
Марка стрелочного перевода                                                               1/11 
Требуемое укорочение стрелочного перевода, мм, У                         451 
Полезная длина крайнего пути, м                                                         760 
Толщина отложений снега, м                                                                0,28 
Снегоуборочная машина                                                                    ЦУМ3 
Расстояние от места погрузки снега до места выгрузки, км                1,0 
Годовой объем работ ПМС, км                                                                65 
Сезон путевых работ, дней                                                                    130 
Периодичность предоставления «окон»                                                  2 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

   Железнодорожный путь – это комплекс инженерных сооружений для пропуска по нему поездов с нужной скоростью. Он представляет основу железных дорог. От состояния пути зависят непрерывность и безопасность движения поездов, а также эффективное использование всех технических средств железных дорог.

   Железнодорожный путь состоит из верхнего и нижнего строений. К верхнему строению относят рельсы, скрепления, противоугонные приспособления, шпалы или другое подрельсовое основание, балластный слой и соединение рельсовых путей. К нижнему строению относят земляное полотно, мосты, трубы для пропуска воды под земляным полотном, подпорные стены, тоннели и др.

   Железнодорожный путь работает в трудных условиях. Находясь под воздействием подвижных нагрузок, природных явлений (ветра, влаги, температуры) и органического мира, он должен служить в любое время года, дня и ночи, обеспечивая непрерывность и безопасность движения поездов с установленными скоростями. Для этого путь должен быть всегда исправным и опрятно выглядеть.

   Для обеспечения нормальной работы пути и его ремонта на железнодорожном транспорте существует комплекс хозяйственных предприятий и производственных формирований, оснащенных машинами, механизмами, инструментами и приборами. Этот комплекс и собственно железнодорожный путь представляют собой путевое хозяйство. Исходя из условий работы железнодорожного пути и предъявляемых к нему требований основой ведения путевого хозяйства является текущее содержание и выполнение плановых ремонтов пути. На долю путевого хозяйства приходится более 50% всех основных средств железнодорожного транспорта и свыше 20% общей численности работников.  
Эксплуатационные расходы на содержание пути составляют более 22% стоимости перевозок.

   Основными направлениями дальнейшего развития следует считать увеличение мощности пути за счет укладки тяжелых рельсов и железобетонных шпал, увеличение протяженности пути на щебеночном и асбестовом балласте; усиление земляного полотна и искусственных сооружений; улучшение технологии производства работ; повышение оснащенности машинами и механизмами и расширение ремонтной базы; реконструкцию существующих и постройку новых предприятий, поставляющих материалы, конструкции элементов пути и искусственных сооружений, машины и механизмы; совершенствование управления и постоянное улучшение условий труда и быта путейцев.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

      1.ВЕРХНЕЕ СТРОЕНИЕ ПУТИ

      1.1.Определение грузонапряжённости на заданном участке 

      Грузонапряжённость  для каждого из путей участка  определяется по     формуле:

           Г = 365 (Q_гр n_гр + Q_п n_п + Q_ск n_ск)/1000,                                     (1.1)

 где 365 – количество дней в году; Q_гр, Q_п, Q_{ск –} соответственно масса           брутто грузовых, пассажирских и скорых поездов, тыс.т.; n_гр , n_п , n_ск –   соответственно количество грузовых, пассажирских и скорых поездов.  
 
     Г=365(0,8·2+5·1+15·3)/1000=18,834 млн ткм брутто/км (для чет) 
     Г=365(0,8·2+5·1+17·3,1)/1000=21,645 млн ткм брутто/км (для нечет) 
     
     1.2.Назначение группы, категории и класса пути 

 Система ведения путевого хозяйства основана на классификации путей в соответствии с приказом Министра путей сообщения РФ от 27 апреля 2001 г. Согласно данному приказу классификация пути определяется в зависимости от главных эксплуатационных факторов, определяющих работу пути – грузонапряженности и скоростей движения поездов.

По грузонапряженности пути подразделяются на 5 групп, которые  имеют буквенные обозначения. По допускаемым скоростям движения поездов железнодорожные пути подразделяются на 7 категорий, которые обозначаются арабскими цифрами. Классы путей  представляют собой сочетание групп  и категорий, обозначаются цифрами. Классификация пути устанавливается  с помощью таблицы 1.1.

 

 

 

                                             Таблица 1.1. - Классификация путей

В зависимости от количества пропущенных пассажирских и пригородных  графиковых поездов пути подразделяются на следующие классы:

• 1-го класса (более 100 поездов в сутки);
• 2-го класса (31 – 100 поездов в сутки);
• 3-го класса (6-30 поездов в сутки).

Классы путей 1-й и 2-й  устанавливаются Департаментом  пути и сооружений ОАО "РЖД" по представлению железных дорог, классы 3 – 5-й – начальниками железных дорог.

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

На железнодорожных линиях федерального (общесетевого) значения пути должны быть не ниже 3 – го класса.

Перспективная грузонапряженность участка составляет 10- 15 млн ткм  брутто/км в год и со скоростями движения пассажирских поездов 110 км/ч, грузовых поездов 80 км/ ч

По таблице 1.1. группа пути – Г, категория пути – 2, класс  пути – 2. Таким образом, классификация  пути будет выглядеть следующим  образом: 2Г2 относятся ко второму  классу, группе Г, второй категории.

 

1.3.Назначение конструкции,  типа и характеристики верхнего  строения пути

Каждому классу путей соответствует  конструкция верхнего строения пути, тип и его характеристика. На основании  выбранного класса пути в соответствии с техническими условиями на укладку  и ремонт пути, табл. 1.2

Таблица 1.2. – Основные типы и характеристики верхнего строения пути в зависимости от класса пути

Классы путей
1		2		3		4		5
1. Конструкция верхнего  строения пути
Бесстыковой путь на железобетонных шпалах 1)								Звеньевой путь на железобетонных шпалах
2. Типы и характеристика  верхнего строения пути
Рельсы Р65, новые, термоупрочненные, категории В и Т1		Рельсы Р65, новые, термоупрочненные, категории Т1 и Т22)		Рельсы Р65, старогодные I группы годности; I и II группы годности репрофилированные 2)		Рельсы старогодные Р65 3) II и III группы годности		Рельсы старогодные Р65 3) III группы годности
Скрепления новые				Скрепления новые и  старогодные (в т.ч. отремонтированные), укладываемые в объёмах, устанавливаемых  Техническими условиями на ремонт и  планово-предупредительную выправку пути
Шпалы железобетонные новые I сорта				Шпалы железобетонные старогодные4)
Балласт щебеночный5) с толщиной слоя: 40 см – под железобетонными шпалами; 35 см – под деревянными шпалами						Балласт щебеночный5) с толщиной слоя под шпалой: 30 см – под железобетонными; 25 см – под деревянными		Балласт всех типов с толщиной слоя под шпалой не менее 20 см
Размеры балластной призмы – в соответствии с типовыми поперечными  профилями
3. Виды работ при замене  верхнего строения пути
Усиленный капитальный ремонт пути				Капитальный ремонт пути
4. Конструкции и типы  стрелочных переводов
Р65 новые; рельсовые элементы закаленные. Брусья железобетонные новые6)						Рельсы и металлические  части старогодные. Брусья железобетонные – новые и старогодные6)
1	2		3		4		5
5. Виды работ по замене  стрелочных переводов
Усиленный капитальный ремонт стрелочных   переводов					Капитальный ремонт стрелочных переводов
6. Земляное полотно и  искусственные сооружения Земляное полотно, искусственные  сооружения и их обустройства должны удовлетворять максимальным допускаемым  осевым нагрузкам и скоростям  движения поездов в зависимости  от групп и категорий путей

В соответствии с таблицей 1.2. основная характеристика верхнего строения пути:

• Рельсы Р65, новые термоупрочненные, категории Т1 и Т2;
• Скрепления новые;
• Балласт щебеночный с толщиной слоя 40 см – под железобетонными шпалами;
• Усиленный капитальный ремонт пути
• Р65 новые; рельсовые элементы закаленные.

• Усиленный капитальный ремонт стрелочных переводов
• Земляное полотно, искусственные сооружения и их обустройства должны удовлетворять максимальным допускаемым осевым нагрузкам и скоростям движения поездов в зависимости от групп и категорий путей
• Толщина песчаной подушки 20 см;
• Наименьшая ширина плеча балластной призмы - 45см;
• Наименьшая ширина обочины земляного полотна - 40 см
• Толщина балласта под шпалой- 40 см

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.ПОСТРОЕНИЕ ПОПЕРЕЧНЫХ  ПРОФИЛЕЙ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА 
2.1. Поперечные профили земляного полотна на перегоне   

 Ширина основной площадки  вновь проектируемого земляного  полотна (В) принимается в зависимости  от вида грунта и категории  дороги, на двухпутных участках, по сравнению с однопутными  увеличивается на размер междупутья  4100 мм (табл. 2.1).

Вид грунта насыпи	Ширина основной площадки В, в зависимости от категории  железнодорожной линии, м
	Скоростные и особо  грузонапряженные, двухпутные участки, I	I и II	III	IV
Глинистые и другие недренирующие	11,7 (7,6 + 4,1)	7,6	7,3	7,1
Скальные, крупнообломочные и песчаные дренирующие	10,7 (6,6 + 4,1)	6,6	6,3	6,2

 
    Поперечное очертание верха  однопутного земляного полотна  из недренирующих грунтов без  защитного слоя должно быть  в виде трапеции шириной по  верху 2,3 м, высотой 0,15 м и с основанием, равным ширине земляного полотна, а под два пути – в виде треугольника с высотой по оси земляного полотна равной 0,20 м. 
  Верх однопутного и двухпутного земляного полотна из дренирующих грунтов должен быть горизонтальным. 
   Крутизну откосов насыпей и выемок следует принимать в зависимости от вида грунта, высоты насыпи и глубины выемки. 
   Откосы насыпей из дренирующих и глинистых не переувлажненных грунтов в пределах верхних шести метров высоты ее имеют крутизну 1:1,5, от шести до двенадцати метров – 1:1,75, из скальных пород при высоте насыпи до двенадцати метров по всей высоте – 1:1,5. 
   Откосы выемок высотой до двенадцати метров устраиваются с постоянной крутизной по высоте 1:1,5. 
   Продольные водоотводные канавы у насыпей следует показывать с одной стороны (верховой) если поперечный уклон местности равен или превышает 0,02. При меньшем уклоне или его отсутствии – с обеих сторон. Резервы могут быть с двух сторон при поперечном уклоне местности более 0,02. 

Поперечный профиль выемки вычерчивается с кавальерами

2.2.Поперечные  профили станционных путей 
 
Ширина основной площадки на станции определяется 
                                    В_с = М^' (n_п – 1) + 2 М_о ,                                        ( 2.1)

где М^' = 5,1–5,3 м – расстояние между осями станционных путей; n_п – количество путей на станции; М_о – расстояние от оси крайнего пути до бровки земляного полотна, принимается равным 3,5 м. 
 
                                   В_с=5,2(7-1)+2·3,5=38,2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ  ПАРАМЕТРОВ И РАЗБИВОЧНЫХ РАЗМЕРОВ  ОБЫКНОВЕННОГО СТРЕЛОЧНОГО ПЕРЕВОДА, УКЛАДЫВАЕМОГО В СТЕСНЕННЫХ УСЛОВИЯХ

Основные характеристики типовых обыкновенных стрелочных переводов, которые необходимы при выполнении этого раздела приведены в  табл. 3.1.

Таблица 3.1

Наименование	Обозначение	Р50 1/11	Р65 1/11
Марка крестовины	1/N	1/11	1/11
Стрелочный угол	b	1o56’12.2’’	2o02’26’’
Длина остряков, мм: прямолинейного криволинейного	lo’ lo	6513 6515	8298 8300
Проекция остряка на вертикаль, мм	U	149	181
Длина рамного рельса, мм	lpp	12500	12500
Передний вылет рамного рельса, мм	Q	4323	2765
Угол крестовины	a	5o11’40’’	5o11’40’’
Длина передней части крестовины, мм	N	2650	2950
Длина задней части крестовины, мм	M	2300	2550
Полная длина перевода, мм	Lр	33525	33363

Основные характеристики типовых обыкновенных стрелочных переводов 

3.1. Определение длины  прямой вставки и радиуса переводной  кривой

Длина стрелочного перевода определяется по формуле                  

     L_t = L' _р – q – m;       L' _р = L_р – У,                                            ( 3.1)

где – L' _р полная длина стрелочного перевода с учетом уменьшения его длины (величина уменьшения У определяется заданием); q – передний вылет рамного рельса; m – длина хвостовой части крестовины (табл. 3.1); L_р – см. таблицу 3.1.

L' _р=33363-451=32912 

Прямая вставка (К) – это  расстояние между математическим центром  крестовины и концом переводной кривой 
    Из системы уравнений проекций расчетного контура АВС (3.2), определяются прямая вставка K, а затем радиус переводной кривой R_пр

S_o = u + R_пр (Cosb - Cosa) + K Sina;

L_t =l_o^’ + R_пр (Sina – Sinb) + K Cosa,

где S_o – ширина колеи по прямому направлению стрелочного перевода, S_o = 1520 мм; u – расстояние между рабочими гранями рамного рельса и остряка в его корне; R_пр – радиус переводной кривой по рабочей грани упорной нити; b – стрелочный угол; a – угол крестовины; l_o^’ – проекция остряка на горизонталь; K – длина прямой вставки.    

 Решение системы уравнений  (3.2) можно выполнить так: выразить  из обоих уравнений R_пр, а затем определить коэффициенты А₁, В₁, А₂, В₂.

R_пр = (S_o – u – K Sina / (Cosb – Cosa)= А₁ – K В₁;

R^._пр = (L_t – l_o^’ – K Cosa) / (Sina – Sinb)= А₂ – K В₂;

А₁ = (S_o – u) / (Cosb – Cosa); 
А₁ =(1520-181)/(0,999366-0,995893)=385579,843016

В₁ = Sina / (Cosb – Cosa); 
В₁=0,090536/(0,999366-0,995893)=26,070846

А₂ = (L_t – l_o^’ ) / (Sina – Sinb); 
А₂=(33363-2765-2550-8298)/(0,090536-0,035607)=359554,201805

В₂ = Cosa / (Sina – Sinb). 
 
В₂=0,995893/(0,090536-0,035607)=18,13051   

 Далее определяется  длина прямой вставки К, R_пр укороченного перевода и выполняется проверка по второму уравнению системы уравнений (3.2).

K = (А₂ – А₁) / (В₁ – В₂); 
K =(359554,201805-385579,843016)/(18,13051-26,070846)=3277,649864

R_пр = А₂ – K В₂; 
R_пр =359554,201805-2·18,13051=300128,738169

 

 

S_o = u + R_пр (Cosb – Cosa) + K Sina.

S_o =181+300128,738169 (0,999366-0,995893)+ 
3277,649864·0,090536=1520,000001 
 
3.2. Определение осевых размеров стрелочного перевода   

 Осевые размеры стрелочного  перевода а_о и в_о необходимы для разбивки его на местности. Откладываются они от центра стрелочного перевода О, т.е. от точки пересечения оси прямого пути и оси бокового пути, по направлению прямого пути. Согласно расчетной схемы значения а_о и в_о определяются                                       

в_о = S_o N;                                                                   (3.3)                                   

   а_о = L_t – в_о,                                                                  (3.4)

где N – марка стрелочного  перевода. 

     в_о=1520,000001·11=16720 
а_о=28048-16720=11328 

3.3. Определение  места постановки предельного  столбика 
  Расстояние от центра стрелочного перевода до предельного столбика,  равно

l = М

N,

где М – минимальное  расстояние между осями путей, 4,1 м.

l =4,1·1/11=0,372727 

3.4. Определение  ординат для разбивки переводной  кривой стрелочного перевода  
Начало координат для разбивки переводной кривой расположено на рабочей грани рамного рельса против корня остряка, точка О_о    

 Координаты точек в  конце переводной кривой определяются  по формулам:                   

x_к = R_пр (Sina – Sinb),                                                         (3.6)                   

y_к = y_o + R_пр (Cosb – Cosa),

где y_o – начальное значение ординаты переводной кривой в точке x_o = 0, y_o = u.

   

x_к =300128,738169(0,090536-0,035607)=16485,810899 
   y_к =181+300128,738169(0,999366-0,995893)=1223,25464

Координаты промежуточных  точек определяются следующим образом. По оси абсцисс значения x_i назначаются с интервалом 2000 мм от x_о до x_к, а ординаты y_i определяются как                                 

y_i = y_o + R_пр (Cosb – Cosg_i),                                             (3.7)

где – угол g_i определяют по формуле:                                

Sing_i = Sinb + x_i /R_пр.                                                         (3.8)   

 Расчет ординат переводной  кривой рекомендуется выполнять  в табличной форме (табл. 3.2).    

 Контроль ординаты y_к выполняют по формуле:                              

 y_к = S_o – К Sina.                                                                 (3.9)

Таблица 3.2

Расчет ординат переводной кривой 

Номера точек	xi , мм	xi / Rпр	Sing i	Cosg I	yi , мм
0	0	0	0,035607	1,000634	181
1	2000	0,006664	0,042271	1,000893	277,334452
2	4000	0,013328	0,048935	1,001197	368,573589
3	6000	0,019991	0,055598	1,001544	472,718261
4	8000	0,026655	0,062262	1,001936	590,368726
5	10000	0,033319	0,068926	1,002373	721,524985
6	12000	0,039983	0,07559	1,002853	865,586779
7	14000	0,046647	0,082254	1,003377	1022,854238
8	16000	0,05331	0,088917	1,003945	1193,327361
9	16485	0,054929	0,090536	1,00409	1223,25464

3.5. Расчет нестандартных  рубок, входящих в стрелочный  перевод   

 Исходными данными  для определения длин рубок,  укороченного стрелочного перевода, являются основные размеры стрелки,  крестовины и в целом стрелочного  перевода. В соответствии с рис. 3.1 длина рубок, укладываемых в  стрелочный перевод, рассчитывается  по формулам:

  l₁ = L' _р – l_pp – l₂ – 2d;                                                                               ( 3.10) 
l₁ = 32912-12500-12500-2·10=7892

  l₃ = (R _пр+ v/₂) (a - b)_рад + K – n – l₄ – 3d;                                                  (3.11) 
l₃ =(300128,738169+75/2)(5⁰11^’40”-2⁰02^’26”)_рад+3277,649864-2950-6246=10574,174

  l₅ = L_t – l_o – l₆ – n – 3d;                                                                             (3.12) 
l₅ =28048-8300-6246-2950-30=10522

 
  l₇ = (R_пр - S_o - v/₂) (a - b)_рад – S_o tg b + l_o + q + K + m - l_pp - l₈ - 2d,                                            (3.13) 
l₇ =300128,738169-1520,000001-75/2) (5⁰11^’40”-2⁰02^’26”)_рад-1520,000001· tg2⁰02^’26”+2765+3277,649864+2550-12500-6246-20=8253,569403

где v – ширина головки  рельса; l_pp – длина рамного рельса; d - стыковой зазор, принимается равным 8-10 мм; n, q, m, l_o приведены в таблице 3.1.       Рельсы l₂, l₈ и рамные рельсы l_pp принимаются длиной, равной 12500 мм, а l₄ и l₆ равными 6246 мм. Для рельсов Р65 v = 75 мм, Р50 v = 72 мм.

3.6. Вычерчивание  схемы обыкновенного стрелочного  перевода   

 На основе полученных  расчетом величин и принятых  стандартных значений, на миллиметровой  бумаге необходимо вычертить  схему стрелочного перевода в  масштабе 1:50 или 1:100. На чертеж  наносят ось прямого пути перевода, отмечают на ней центр перевода  “0”, от него в принятом масштабе откладывают осевые размеры а₀ и в₀. Затем в рабочих гранях рельсов вычерчивают стрелочный перевод и отмечают на нем стыки. Наружная нить переводной кривой наносится на чертеж по ординатам (см. табл. 3.2), внутренняя – на основе ширины колеи.  
   На схеме указывается: полная длина стрелочного перевода, теоретическая длина, передний выступ рамного рельса,

длина прямой вставки, длины  остряков и рельсов, входящих в стрелочный перевод, длины передней и хвостовой  части крестовины, контррельсы, абсциссы и ординаты переводной кривой, величины углов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. РАСЧЁТ ЭЛЕМЕНТОВ СТРЕЛОЧНОЙ УЛИЦЫ И ДЛИН ПУТЕЙ СТАНЦИОННОГО ПАРКА 
  Любой станционный парк имеет несколько стрелочных улиц (как минимум, две). Каждая стрелочная улица соединяет между собой ряд путей парка.   

 Расстояния А между  центрами стрелочных переводов  на стрелочной улице и расстояния  Е определяются                                        

                                  (4.1)

где М’ – расстояние между  осями станционных путей (в соответствии с заданием); a – угол крестовины (определяется по заданной марке стрелочных переводов в станционном парке). 

А==57,435706                               Е==57,199828

№пути	Полезная длина
7	Lz	760
5	Lz+2E	874,4
3	Lz+4E	988,8
I	Lz+6E	1103,2
II	Lz+6E	1103,2
4	Lz+4E	988,8
6	Lz+2E	874,4