Основы устройства и эксплуатации железнодорожного пути. 2

Государственное Общеобразовательное Учреждение Высшего  Профессионального Образования

Дальневосточный Государственный Университет Путей Сообщения

Кафедра: «Железнодорожный путь,

основания и фундаменты»

КУРСОВАЯ РАБОТА

«Основы устройства и эксплуатации железнодорожного пути»

Выполнил: Устюжанина Т.Е.

   Проверил: Смолева С. В.

Хабаровск

2011

Содержание курсовой работы

Введение

1. Верхнее строение пути

1.1 Определение грузонапряженности на заданном участке

1.2 Назначение группы, категории и класса пути

1.3 Назначение конструкции, типа и характеристики верхнего строения пути

2. Построение поперечных профилей земляного полотна

2.1 Поперечные профили земляного полотна на перегоне

2.2 Поперечные профили станционных путей

3.Расчет основных параметров и разбивочных размеров обыкновенного стрелочного перевода, укладываемого в стесненных условиях.

3.1 Определение длины прямой вставки и радиуса переводной кривой

3.2 Определение осевых размеров стрелочного перевода

3.3 Определение места постановки предельного столбика

3.4 Определение ординат для разбивки переводной кривой стрелочного перевода

3.5 Расчет нестандартных рубок, входящих в стрелочный перевод

3.6 Вычерчивание схемы обыкновенного стрелочного перевода

4.Расчет элементов стрелочной улицы и длин путей станционного парка.

5. Организация очистки путей от снега на станции…………...……………...……19

5.1 Характеристика способа очистки путей от снега……………………….....19

5.2 Определение объема снега, подлежащего уборке…………………………19

5.3 Определение продолжительности очистки станции от снега…………….20

6. Определение необходимой продолжительности «окна» при усиленном капитальном ремонте пути.

6.1 Определение фронта работ в «окно»

6.2 Расчет длин рабочих поездов технологического комплекса

6.3 Расчет продолжительности «окна»

6.4 График производства работ в «окно»

Список литературы              29

Приложение………………………………………………………………………………….30

Введение

Железнодорожный путь – сложный комплекс линейных и сосредоточенных инженерных сооружений и обустройств, расположенных в полосе отвода, образующих дорогу с направляющей рельсовой колеёй. Железнодорожный путь состоит из верхнего и нижнего строения пути.

К верхнему строению относятся рельсы, шпалы, рельсовые скрепления, балластный слой (балластная призма). Рельсошпальная решётка состоит из двух рельсов, уложенных и прикреплённых к поперечным балкам — шпалам. Шпалы или плиты обычно укладываются на балластный слой, который может быть двухслойным или однослойным. Чаще используется двухслойная балластная призма, состоящая из основного слоя — щебня твёрдых пород, и расположенной под ним песчаной или песчано-гравийной подушки. Однослойная балластная призма может быть из щебня, песчано-гравийной смеси, отходов асбестового производства, песка, ракушечника, шлака. На мостах различаются балластная конструкция (на пролёте устраиваются специальные корыта для размещения балласта) и безбалластная — когда мостовые брусья или плиты крепятся непосредственно на мостовые конструкции.

К нижнему строению относятся земляное полотно и искусственные сооружения (мосты, трубы, путепроводы и т. д.).

В данной курсовой работе были назначены группа, категория и класс пути, а также построены поперечные профили земляного полотна на основе исходных данных.

В работе был произведен расчет и построена схема стрелочного перевода, укладываемого в стесненных условиях (когда было необходимо уменьшить теоретическую длину типового перевода).

Был произведен расчет элементов стрелочной улицы и длин путей станционного парка, после этого была построена внемасштабная схема стрелочной улицы.

В заключение была определена необходимая продолжительность «окна» при усиленном капитальном ремонте пути и построен график производства работ в «окно».

1. Верхнее строение пути

1.1 Определение грузонапряженности на заданном участке

Железнодорожный путь состоит из верхнего строения, воспринимающего усилия от колес подвижного состава и направляющего их движения и нижнего строения (земляное полотно), служащего основанием для верхнего строения, а также искусственных сооружений (мостов, тоннелей, водопропускных труб, путепроводов и т. д.).

Верхнее строение пути состоит из рельсов, шпал, скреплений, балласта и дополнительных  элементов в виде противоугонов, стяжек и других элементов, а также стрелочных переводов и мостового полотна. Самый ответственный элемент – рельсы.

Установлены следующие типы рельсов: Р43,Р50. Р65,Р75 соответственно массой 44,65; 51,67; 64,72; 74,41 кг в одном метре. Буква Р означает слово “Рельс”, а цифра – приблизительную массу одного метра рельса. Наибольшее распространение имеют рельсы типа Р65. Каждый рельс имеет головку, шейку и подошву. В зависимости от типа стали рельсы бывают I и II групп. Железнодорожный путь бывает стыковой и бесстыковой.

Для передачи нагрузки от рельсов к балластному слою и земляному полотну используются шпалы. Рельсы опираются на опоры – шпалы, (полушпалы в метро), плиты, рамы, через прокладки. Шпалы бывают деревянные, железобетонные, и металлические. Деревянные шпалы легки, упруги, дешевы. Шпалы укладывают под рельсы на определенном расстоянии одну от другой. Схема их укладки на длине звена называется эпюрой шпал.

Шпалы укладывают на балласт, который воспринимает нагрузку от рельсов и передает ее на земляном полотно. Кроме того балласт дренирует (пропускает) воду. В качестве железнодорожного балласта используется щебень фракций 25 - 60 мм, гравий, песок. Примерные поперечные размеры балластных призм выбираются в зависимости от типа верхнего строения пути.

Балластная призма должна обеспечивать вертикальную и горизонтальную устойчивость рельсошпальной решетки при воздействии на нее поездной нагрузки, равномерное распределение давления от шпал на возможо большую площадь основной площадки земляного полотна, иметь, возможно, большую равноупругость вдоль и поперек пути и обеспечивать наименьшую неравномерность остаточных деформаций при эксплуатации железнодорожного пути.

Грузонапряженность – количество выполненных тонно-километров и пассажиро-километров на 1 км эксплуатационной длины.

Грузонапряженность для каждого из путей участка определялась по формуле:

                Г = 365 (Qгр * nгр + Qп * nп + Qск * nск)/1000,          (1.1)

где 365 – количество дней в году; Qгр, Qп, Qск - соответственно масса брутто грузовых, пассажирских и скорых поездов, тыс.т.; nгр, nп, nск -  соответственно количество грузовых, пассажирских и скорых поездов.

Грузонапряженность равна:

Г=365* (1,0*6+3,0*16+0)/1000=19,71 млн ткм брутто/км в год,

1.2 Назначение группы, категории и класса пути

В соответствии с приказом №12-Ц от 16.08.1994 «О переходе на новую систему ведения путевого хозяйства на основе повышения технического уровня и внедрения ресурсосберегающих технологий» железнодорожные пути классифицируются в зависимости от сочетания грузонапряженности и максимальных допускаемых скоростей движения пассажирских и грузовых поездов.

Согласно таблице 2.1 Положения о системе ведения путевого хозяйства на железных дорогах РФ, утвержденного 27.04.2001 г. по грузонапряженности все пути разделяются на 5 групп, обозначенных буквами (Б. В, Г, Д, Е), по допускаемым скоростям – на 7 категорий, обозначенных цифрами. Классы, представляющие собой сочетание групп и категорий путей, обозначены цифрами. Всего 5 классов.

Принадлежность пути соответствующему классу, группе и категории обозначается сочетанием цифр и буквы. Первая цифра – класс пути, цифра после буквы – категория пути.

В курсовой работе, на основании заданных условий движения, в соответствии с таблицей 1.1 (из методических указаний) были назначены группа, категория и класс пути.

Определение класса пути на участке движения осуществлялось по максимальной допускаемой скорости для пассажирских и грузовых поездов в соответствии с приказом начальника дороги об установлении скоростей, без учета отдельных километров и мест, по которым уменьшена максимальная скорость из-за кривых малого радиуса, состояния пути, искусственных сооружений или по другим причинам.

Так как грузонапряженность равна: 19,71млн. ткм брутто/км в год,

следовательно, класс, категория и группа пути – 3Г2.

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 (таблица 1.2 из методических указаний), в курсовой работе были назначены конструкция и тип верхнего строения пути:

1)               Конструкция верхнего строения пути – бесстыковой путь на железобетонных шпалах.

2)               Типы и характеристика верхнего строения пути: рельсы Р50, новые, термоупрочненные, категории Т1 и Т2; скрепления новые; шпалы железобетонные, новее 1 сорта; балласт щебеночный с толщиной слоя 40 см; размеры балластной призмы – в соответствии с типовыми поперечными профилями.

3)               Виды работы при замене верхнего строения пути – усиленный капитальный ремонт пути

4)               Конструкции  и типы стрелочных переводов – Р50 новые; рельсовые элементы закаленные. Брусья железобетонные новые.

5)               Виды работ по замене стрелочных переводов – усиленный капитальный ремонт стрелочных переводов

6)               Земляное полотно и искусственные сооружения.  Земляное полотно, искусственные сооружения и их обустройство удовлетворяют максимальным допускаемым осевым нагрузкам и скоростям движения поездов в зависимости от групп и категорий путей.

Конструкция и размеры балластной призмы соответствуют техническим условиям, предусмотренным приказом  МПС № 12-Ц и типовым поперечным профилям балластной призмы для класса и группы пути:

      Ширина плеча балластной призмы (l) 40см;

      Толщина балластной подушки (б) 20см;

      Толщина балласта под шпалой (а) (была выбрана из таблицы 1.2 в методических указаниях) 40см;

      Минимальная ширина обочины земляного полотна (в) 45 см.

Крутизна откосов балластной призмы при всех видах балласта была принята 1:1,5, для песчаной подушки – 1:2.

После этого был вычерчен поперечный профиль балластной призмы на прямом участке пути со всеми размерами (рис. 1- см. приложение), в масштабе 1:50.

2. Построение поперечных профилей земляного полотна

2.1 Поперечные профили земляного полотна на перегоне

Ширина основной площадки вновь проектируемого земляного полотна (В=7,3 м.) была принята в зависимости от вида грунта и категории дороги.

Откосы насыпей из глинистых не переувлажненных грунтов в пределах верхних 6 метров имели крутизну 1:1,5, от 6 до 12 метров – 1:1,75.

Откосы выемок высотой до 12 метров устраиваются с постоянной крутизной по высоте – 1:1,5.

Водоотводная канава у насыпи (рис. 2.1.(а)- см. приложение) была показана с одной стороны (т.к. поперечный уклон местности равен 0,05).

Поперечный профиль выемки был вычерчен с кавальером (рис. 2.1.(б)- см. приложение). Масштаб поперечных профилей 1:100.

2.2 Поперечные профили станционных путей

Ширина основной площадки на станции была определена по формуле

Вс = М’ (nп – 1) + 2Мо,                            (2.1)

где М’ = 5,1 м – расстояние между осями станционных путей; nп – количество путей на станции; М0 – расстояние от оси крайнего пути до бровки земляного полотна, было принято равным 3,5 м. Тогда ширина основной площадки равна:

Вс = 5,1 (9-1) + 2*3,5=47,8 м.

Основная площадка на станции устраивается односкатной, двускатной или пилообразной. Для курсовой работы была принята пилообразная основная площадка (рис. 3- см. приложение).

В курсовой работе, в зависимости от заданного количества станционных путей, междупутных расстояний, поперечного уклона местности был выбран поперечный профиль земляного полотна (рис. 3- см. приложение), была определена ширина основной площадки, и профиль был вычерчен в масштабе 1:100.

3. Расчет основных параметров и разбивочных размеров обыкновенного стрелочного перевода, укладываемого в стесненных условиях.

Стрелочный перевод – устройство, служащие для перевода подвижного состава с одного пути на другой. Стрелочный перевод состоит из стрелки, крестовины и соединительных путей между ними.

Стрелка – часть стрелочного перевода, состоящая из рамных рельсов, остряков и переводного механизма. При наличии крестовин с подвижным сердечником в понятие стрелки входит и крестовина.

Боковой путь – путь, при следовании на который подвижной состав отклоняется по стрелочному переводу.

Стрелочные переводы бывают одиночные, обыкновенные и симметричные, а также двойные перекрестные. Наиболее распространены одиночные обыкновенные, состоящие из стрелки, соединительных путей, крестовины с контррельсами, а также брусьев или плиты. Стрелка состоит из 2-х рельсов, 2-х остряков и связи между остряками. Угол между осями путей, называется углом крестовины. Отношение ширины сердечника крестовины в ее корне к длине сердечника до математического центра, называется маркой крестовины. Таким образом, характеризует крутизну угла относительно бокового пути от основного: чем меньше угол крестовины, тем плавне ход поездов на боковой путь. Марка крестовины выражается в виде дроби

                                       1/N = tg α.

На дорогах России применяются крестовины марок 1/9;1/11;1/18;1/22. Наиболее распространены без подвижных элементов, состоящие из сердечника, имеющие рабочие грани, и двух усовиков.

Самое узкое пространство между усовиками в их первом изгибе – горло крестовины: промежуток между боковыми гранями усовика и сердечником представляет собой желоб для перехода колесных гребней. Точка пересечения рабочих граней усовиков и сердечника – математический центр крестовины.

В данном разделе курсовой работы было проведено ознакомление с конструкциями стрелочных переводов типовых марок и некоторыми особенностями их укладки. Если при укладке стрелочных переводов в стесненных условиях, когда необходимо уменьшить теоретическую длину типового перевода более чем на 250 мм, нужно выполнить перерасчет основных параметров и разбивочных размеров.

Стрелочный перевод был рассчитан с высокой точностью, при расчете линейных размеров их значения были округлены до 1 мм., значения углов в градусном исчислении до 1 секунды, тригонометрические функции и радианные меры углов до шестого знака после запятой.

В курсовой работе были приняты:

      марка крестовины (1/N) – 1/11

      Стрелочный угол (β) - 1° 56’12.2’’

      Длина остряков, мм

Прямолинейного (l0’) – 6513

Криволинейного (l0) – 6515

                 Проекция остряка на вертикаль, мм. (u) 149

                 Длина рамного рельса, мм. (lpp) – 12500

                 Передний вылет рамного рельса, мм (q) – 4323

                 Угол крестовины (α) – 5°11’40’’

                 Длина передней части крестовины, мм (n) – 2650

                 Длина задней части крестовины, мм (m) – 2300

                 Полная длина перевода, мм (Lp) 33525

3.1 Определение длины прямой вставки и радиуса переводной кривой

На основании исходных данных теоретическая длина  стрелочного перевода была определена по формуле

                             Lt = L’p – q - m;    L’p = Lp - У,                           (3.1)

где L’p – полная длина стрелочного перевода с учетом уменьшения его длины (величина уменьшения У была определена заданием и равнялась 810 мм.); q – передний вылет рамного рельса; m -  длина хвостовой части крестовины; Lp – полная длина стрелочного перевода.

В курсовой работе полная длина стрелочного перевода с учетом уменьшения длины была принята:

Lp’ = (33525 -810) = 32715 мм.

Lt =32715-4323-2300=26092 мм.

Прямая вставка (К) – это расстояние между математическим центром крестовины и концом переводной кривой (согласно рис. 3.1 методических указаний – расстояние ВС). 

Для определения прямой вставки были вычислены коэффициенты А1, А2, В1, В2 по формулам:

А1 = (S0 – u) / (cos β – cos α);

                       B1 = sin α / (cos β – cos α);             (3.2, a)

A2 = (Lt-l0’) / (sin α – sin β);

B2 = cos α / (sin α – sin β).

Градусные меры углов были переведены в радианные следующим образом:

α = 5,194444 рад

β = 1,936722 рад

Соответственно,

sin α = 0.090536; cos α = 0.995893

sin β = 0.033796; cos β = 0.999429

Были получены числовые значения коэффициентов:

А1 = (1520 – 149) / (0,999429 – 0,995893) = 387726,2443

А2 = (26092 – 6513) / (0,090536 – 0,033796) = 345065,2097

В1 = 0,090536 / 0,999429-0,995893 = 25,604072

В2 = 0,995893 / 0,090536-0,033796 = 17,551869

Далее были определены длина прямой вставки К и радиус переводной кривой по рабочей грани упорной нити Rпр по формулам:

К = (А2 – А1) / (В1 – В2)

           Rпр = А2 – КВ2              (3.2, б)

Были получены числовые значения:

К = (345065,2097– 387726,2443) / (25,604072 – 17,551869) = 5298,057513

Rпр = 345065,2097– 5298,057513*17,551869 = 252074,3983 мм.

Затем была выполнена проверка по формуле:

S0 = u + Rпр (cos β – cos α) + K sin α,

где допускалось различие между S0 и 1520 в сотых долях миллиметра.

Проверка:

S0 = 149 + 252074,3983*(0,999429 – 0,995893) + 5298,057513*0,090536 = 1520,000007 мм.

3.2 Определение осевых размеров стрелочного перевода

Осевые размеры стрелочного перевода а0 и в0 необходимы для разбивки его на местности. Они откладывались от центра стрелочного перевода О, то есть от точки пересечения оси прямого пути и оси бокового пути, по направлению прямого пути. Значения а0 и b0 были определены по формулам:

b0 = S0N;                  (3.3)

a0 = Lt – b0                       (3.4)

где 1/N – марка стрелочного перевода.

Были получены числовые значения осевых размеров:

b0 = 1520*11 = 16720

a0 = 26092 – 16720 = 9372

3.3 Определение места постановки предельного столбика

Расстояние от центра стрелочного перевода до предельного столбика было вычислено по формуле

        λ = M*N                  (3.5)

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

Численное значение этого расстояния было получено следующим

λ = 4,1*11 = 45,1 м.

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 О0 (рис. 5)

Координаты точек в конце переводной кривой были определены по формулам:

                    хk = Rпр (sin α – sin β)                      (3.6)

yk = y0 + Rпр (cos β – cos α),

где y0 – начальное значение ординаты переводной кривой в точке х0 = 0, y0 = u.

Координаты точек в конце переводной кривой имели следующие числовые значения:

xк = 252074,3983*(0,090536-0,033796) = 14302,70136

yk = 149+ 252074,3983*(0,999429-0,995893)=1040,33507

Координаты промежуточных точек были определены следующим образом. По оси абсцисс значения xi были назначены с интервалом 2000 мм. от х0 до хк, а ординаты yi  были определены так:

yi = y0 + Rпр (cosβ – cosγ1)        (3.7)

где угол γ1 был определен по формуле

sinγ1 = sinβ + xi / Rпр                       (3.8)

Полученные числовые значения ординат переводной кривой были занесены в таблицу 3.1:

Контроль ординаты yk выполняем по формуле:

                                               yk  = S0 -K* sin α                                                (3.9)

yk  = 1520-5298,057513*0.090536=1040,33507.

Проверка выполнилась.

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.  Длина рубок, укладываемых в стрелочный перевод, была рассчитана по формулам:

l1 = L’p – lpp – l2 - 2ς               (3.10)

l3 = (Rпр + v/2) (α – β)рад + K – n – l4 - 3ς;     (3.11)

l5 = Lt – l0 – l6 – n - 3ς;         (3.12)

l7 = (Rпр – S0 – v/2) (α – β)рад – S0 tg β + l0 + q + K + m –lpp – l8 - 2ς;   (3.13)

где v – ширина головки рельса, равная для данного варианта работы 72 мм; lpp – длина рамного рельса; ς – стыковой зазор, принятый равным 10мм, n, m, q, l0 были приведены выше.

Рельсы l2, l8 и рамные рельсы lpp были приняты длиной, равной 12500 мм, а l4 и l6 равными 6246 мм.

l1 = 32715-12500-12500-2*10=7695 мм.

l3 = (252074,3983+72/2)*( 5,194444-1,936722)+ 5298,057513-2650-6246-3*10=817677,6484 мм.

l5 =26092-6515-6246-26500-3*10=10651 мм.

l7 = (252074,3983-1520-72/2)*( 5,194444-1,936722)-1520*0,033815 +6515+4323+5298,057513+2300-12500-12500-2*10=809586,7539 мм.

3.6 Вычерчивание схемы обыкновенного стрелочного перевода

На основе полученных расчетами величин и принятых стандартных значений, на миллиметровой бумаге была вычерчена схема стрелочного перевода (рис. 4) в масштабе 1:50. На чертеж была нанесена ось прямого пути перевода, отмечен на ней центр перевода, от него в принятом  масштабе откладывались осевые размеры а0 и в0. Затем в рабочих гранях был вычерчен стрелочный перевод и отмечены на нем стыки. Наружная нить переводной кривой была нанесена по ординатам таблицы 3.1, внутренняя – на основе ширины колеи.

4. Расчет 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. На рис 4.1* показана оконечная улица, имеющая угол наклона, равный углу крестовины стрелочных переводов, применяемых в приёмо-отправочном или сортировочном парке. Расстояние А между центрами стрелочных переводов на стрелочной улице и расстояние Е  были определены по следующим формулам:

А=

                                  Е=                              (4.1)

где  М’ – расстояние между осями станционных путей (которое в соответствии с заданием было принято 5,1 м), α – угол крестовины (был определен по заданной марке стрелочного перевода в станционном парке и равнялся arctg 1/9).

Были получены численные значения:

А=5,1/0.090536=56,33 м

Е=5,1/0,090909 =56,1 м

Для определения полезной длины каждого пути была начерчена схема заданного станционного парка –параллелограмм– в произвольном масштабе (рис. 5). Полезной длиной пути является расстояние, в пределах которого можно устанавливать подвижной состав без нарушения габаритов и безопасности движения по смежным путям. Границами максимальной полезной длины каждого пути, как правило, являются предельные столбики.

Расчет полезной длины путей в парке был выполнен в табличной форме. (табл. 4.1)

Таблица 4.1

Определение полезной длины путей в станционном парке