Основы устройства и эксплуатации Железнодорожного пути

Министерство  путей сообщения Российской Федерации

Дальневосточный государственный университет путей  сообщения 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Основы устройства и эксплуатации

Железнодорожного  пути 
 
 
 
 

                              Выполнил студент: Чичик А.Ф. 

                                                  К-08-ОПУ-691

                                                 Проверил преподаватель: Корякина И.В. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Уссурийск 2010 

Исходные данные:

 
 

1. ВЕРХНЕЕ СТРОЕНИЕ ПУТИ. 

В этом разделе требуется определить грузонапряженность на участке пути, назначить группу, категорию и класс пути, ознакомиться с существующими типами и конструкциями верхнего строения пути и их элементами. Для назначенного класса пути подобрать наиболее приемлемый тип верхнего строения и, после этого, вычертить поперечный профиль балластной призмы со всеми размерами. 

1.1 Определение грузонапряженности  на заданном участке. 

Грузонпряженность для  каждого их 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. 

Расчет:

Г=365*(3,7*18+1,0*4+0,7*2)/1000=24,97 (млн ткм/км в год) 

1.2 Назначение группы, категории и класса пути. 

Принадлежность пути к соответствующему классу, группе и категории обозначается сочетанием цифр и буквы. Первая цифра – класс пути, цифра после буквы – категория пути.  Согласно данным таблицы 1.1 Методического указания принимается путь 3Г3. З-го класса, группы – Г и з-ей категории. 

1.3 Назначение конструкции,  типа и характеристики верхнего строения пути. 

Каждому классу путей  соответствует определенная конструкция  верхнего строения пути, в соответствии с техническими условиями на укладку  и ремонт пути. 

Технические требования и нормативы по конструкциям, типам  и элементам пути для усиленного капитального и капитального ремонта пути для 3-го класса.

1. Конструкция верхнего строения пути: Бесстыковой путь на железобетонных шпалах.
2. Тип и характеристика верхнего строения пути: Рельсы Р-65 старогодные 1 группы годности, 1 и 2 группы годности, репрофилированные. Скрепления новые и старогодные (в т.ч. отремонтированные), укладываемые в объемах, устанавливаемых Техническими условиями на ремонт и планово-предупредительную выправку пути. Шпалы железобетонные старогодные. Балласт щебеночный с толщиной слоя под шпалой:30 см – под железобетонными. Размер балластной призмы в соответствии с типовыми поперечными профилями.
3. Виды работ при замене верхнего строения пути: капитальный ремонт пути.
4. Конструкции и типы стрелочных переводов: Р-65 новые; рельсовые элементы закаленные брусья железобетонные новые.
5. Виды работ по замене стрелочных переводов: усиленный капитальные ремонт стрелочных переводов.
6. Земляное полотно и искусственные сооружения. Земляное  полотно, искусственные сооружения и их обустройства должны полностью удовлетворять максимальным допускаемым осевым нагрузкам и скоростям движения поездов в зависимости от групп и категорий путей.

Конструкция и размеры  балластной призмы должны соответствовать  техническим условиям и типовым  поперечным профилям балластной призмы для класса и группы пути:

- ширина плеча балластной  призмы (l) для путей 3Г принимается 40 см.

- толщина балластной  подушки для путей 3 класса  составляет 20 см.

- толщина балласта под шпалой (а) принимается 7,3 см.

- минимальная ширина обочины земляного полотна (в) для путей 3Г – 45см.

Крутизна откосов  балластной призмы при всех видах  балласта должна быть 1:1,5, для песчаной подушки - 1:2.

После этого вычерчивается  поперечный профиль балластной призмы на прямом участке пути со всеми размерами (рис 1.1), 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) принимается в зависимости от вида грунта. 7,3 см.

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.

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  их 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.

Откосы выемок высотой  от 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 вычерчиваются с кавальерами (рис 2.1)

Масштаб поперечных профилей 1:100.  

2.2 Поперечные профили станционных путей. 

Согласно рис. 2.2 ширина основной площадки на станции определяется по формуле: 

                                                В_с=М*(n_n-1)+2*М₀,                                   (2.1) 

Где М=5м – расстояние между осями станционных путей;

      n_n – количество путей на станции;

      М₀ – расстояние от оси крайнего пути до бровки земляного

               полотна, принимается равным 3,5 м.

Расчет:

В_с=5*(5-1)+2*3,5=27 (м). 

Основная площадка на станции устраивается односкатной, двускатной или пилообразной, для  курсовой работы можно принять двускатную основную площадку.

В курсовой работе в  зависимости от заданного количества станционных путей, поперечного уклона местности выбирается поперечный профиль земляного полотна, определяется ширина основной площадки и вычерчивается в масштабе 1:200.  

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

Стрелочные переводы рассчитываются  с высокой точностью, при расчете линейных размеров их значения округляются до 1 мм; значения углов в градусном исчислении до 1 секунды, тригонометрические функции  и радианные меры углов до шестого знака после запятой.

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

 

3.1 Определение длины  прямой вставки и радиуса переводной  кривой. 

Теоретическая 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 принимается равной 920

               мм);

      q – передний вылет рамного рельса;

      m – длина хвостовой части (табл 3.1) 

Расчет:

L'_р=33525-920=32605 (мм);

L'_t=32605-4323-2300=25982 (мм). 

Прямая вставка  К – это расстояние между математическим центром крестовины и концом переводной кривой.

Из системы уравнений  определяются прямая вставка К, а затем радиус переводной кривой R_пр: 

S₀=u+R_пр*(Cosβ-Cosα)+К*Sinα;

                                 L_t= l_о+ R_пр*(Sinα- Sinβ)+К* Cosα;                         (3.2) 

Где S₀ – ширина колеи по прямому направлению стрелочного

               перевода, равно 1520 мм;

       u – расстояние между рабочими гранями рамного рельса и

              остряка на его корне;

      R_пр – радиус переводной кривой по рабочей грани упорной нити;

       β – стрелочный угол;

       α – угол крестовины;

       l_о – проекция остряка на горизонталь;

      К – длина прямой вставки. 

α=5º11'40''

β=1º56'12,2''

Sinα=0,090536

Sinβ=0,033795742

Cosα=0,99589318

Cosβ=0,99942876

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

R_пр=(S₀-u-К* Sinα)/(Cosβ-Cosα)=А1-К*В1;

R_пр=(L_t- l_о-К* Cosα)/(Sinα-Sinβ)=А2-К*В2

А1=(S₀- u)/(Cosβ-Cosα);

В1= Sinα/(Cosβ-Cosα);                                                                           (3.2)

А2=(L_t- l_о)/(Sinα-Sinβ);

В2= Cosα/(Sinα-Sinβ). 

Расчет:

А1=(1520-149)/(0,99942876-0,99589318)≈387772;

В1=0,090536/(0,99942876-0,99589318)=25,607;

В2=0,99589318/(0,090536-0,033795742)=17,552;

А2=(25982-6513)/(0,090536-0,033795742)≈343125. 

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

К=(А2-А1)/(В2-В1);

R_пр=А2-К*В2;

S₀= u+ R_пр*(Cosβ-Cosα)+К* Sinα. 

Расчет:

К=(343125-387772)/(17,552-25,607)=5543 (мм);

R_пр=343125-5543*17,552≈245834 (мм) 

Проверка:

S₀=149+245834*(0,99942876-0,99589318)+5543*0,090536=1520,006 мм

Допускается разница  между S₀ и 1520 в сотых долях миллиметра, следовательно проверка прошла. 

3.2 Определение осевых  размеров стрелочного перевода. 

Осевые размеры  стрелочного перевода а₀ и в₀ 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 (рис. 3.1) значения а₀ и в₀ определяются 

                                               в₀= S₀*N;                                                  (3.3)

                                               а₀= L_t- в₀;                                                  (3.4) 

где N – марка стрелочного перевода. 

Расчет:

в₀=1520*11=16720 (мм);

а₀=25982-16720=9262 (мм) 

3.3 Определение места  постановки предельного столбика. 

Расстояние от центра стрелочного перевода до предельного  столбика, равно: 

                                                   Λ=М*N;                                                 (3.5) 

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

Расчет:

Λ=4,1*11=45,1 (мм) 

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.

Координаты точек  в конце переводной кривой определяется по формулам: 

                                       х_к= R_пр*(Sinα- Sinβ);                                         (3.5)

 

                                   у_к=у₀+ R_пр*(Cosβ-Cosα);                                      (3.6) 

где у₀ – начальное значение ординаты переводной кривой в точке

             х₀=0, у₀= u. 

Расчет:

х_к=245834*(0,090536-0,033795742)≈13949 (м);

у_к=149+245834*(0,99942876-0,99589318)≈1018 (м). 

Координаты промежуточных  точек определяются следующим образом: по оси абсцисс значения х_i назначаются с интервалом 2000 мм от х₀ до х_к а ординаты у_i определяются по формуле: 

                                    у_i= у₀+ R_пр*(Cosβ-Cosγ_i),                                    (3.7) 

где угол γ_i определяют по формуле: 

                                          Sinγ_i=Sinβ+х/R_пр;                                          (3.8) 

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

Расчет:

Sinγ_i=0,033795742+2000/245834=0,0419313 
 

Контроль ординаты у_к выполняют по формуле: 

                                          У_к= S₀-К*Sinα;                                               (3.9)                                

 

Проверка:

У_к=1520-5543*0,090536≈1018.

Проверка прошла. 

Таблица 3.2 Расчет ординат  переводной кривой. 

 

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, укладываемый стрелочный перевод, рассчитывается по формулам: 

                                       l₁= L'_р- l_рр-l₂-2*δ;                                           (3.10) 

                             l₃=(R_пр- v/2)*(α-β)_рад+К- n - l₄- 3*δ;                           (3.11) 

                                    l₅= L_t - l₀ - l₆ – n - 3*δ;                                         (3.12) 

           l₇=(R_пр - S₀ - v/2)*(α-β)_рад - S₀*tgβ+ l₀+q+К+m - l_рр – l₈ – 2*δ;    (3.13) 

где v – ширина головки рельса;

      l_рр – длина рамного рельса;

      δ – стыковой зазор, принимается равным 10 мм;

     n, q, m, l₀ приведены в таблице 3.1.

Рамные рельсы l_рр принимаются длиной, равной 12500 мм, а рельсы l₄ , l₂, l₈ ,l₆ равными 6246 мм. Для рельсов Р50 v=72 мм. 
 

Расчет:

(α-β)_рад=((α-β)/180)*¶=((5,194444 -1,9367777)/180)*3,1415926≈ ≈0,056857977

tgβ= Sinβ/ Cosβ=0,033795742/0,99942876≈0,033815058

l₁=32605 -12500 – 6248 - 2*10=13837 (мм)

l₃ =(245834+72/2)* 0,056857977+5543 -2650 – 6248  - 3*10=10595 (мм)

l₅=25982 – 6513 – 6248 – 2650 – 3*10=10541 (мм)

l₇=(245834 – 1520 – 72/2)*0,056857977 –1520*0,033815058+6513+4343 +5543+2300 – 12500 – 6248 – 2*10=13748,754≈13749 (мм) 

3.6 Вычерчивание схемы  обыкновенного стрелочного перевода. 

На основе полученных расчетом величин и принятых стандартных значение, на миллиметровой бумаге необходимо вычертить схему стрелочного перевода в масштабе 1:100. На чертеж наносят ось прямого пути перевода, отмечают на ней центр перевода «О», 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, 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. 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 стрелочная улица, имеющая  угол наклона, равный углу крестовины стрелочных переводов, применяемых в приемо-отправочном или сортировочном парке.

Расстояние А между центрами стрелочных переводов на стрелочной улице и расстояние Е определяется по формуле: 

                                     А=М'/ Sin(α);    Е=М'/tg(α);                                (4.1) 

Где М' – расстояние между осями станционных путей (принимается

              равным 5);       

       α – угол крестовины (определяется по заданной марке стрелочных

            переводов в станционном парке). 

Расчет:

А=5/0,090536≈55,23 (мм)

tgα =Sinα /Cosα=0,090536/0,99589318≈0,090909348

Е=5/0,90909348≈55 (мм) 

Для определения полезной длины каждого пути необходимо начертить  схему заданного станционного парка  в произвольном масштабе  (рис. 4.2). 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 рекомендуется  выполнять в табличной форме (табл. 4.1). 

Таблица 4.1 Определение  полезной длины путей в станционном  парке.

 

Расчет:

5путь=740 (м);

3путь=740+55*2=850 (м);

1путь=740 (м);

2путь=740+55*2=850 (м);

4путь=740 (м); 

5. ОРГАНИЗАЦИЯ ОЧИСТКИ ПУТЕЙ ОТ СНЕГА НА СТАНЦИИ. 

Отложение снега на железнодорожных путях увеличивает  сопротивление движению поезда, затрудняет трогание поезда с места, осложняет поездную и маневровую работу на станции.

Снег на междупутьях  мешает работе составительских бригад, создает недопустимые по технике  безопасности условия их работы.