МПС РФ 

     УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ  СООБЩЕНИЯ 
 
 
 
 

     Кафедра: «Путь и железнодорожное строительство»  
 
 
 
 
 

     КУРСОВОЙ  ПРЕКТ

     Предмет: «Железнодорожный путь, верхнее строение пути»

     Тема: «Рельсовая колея» 
 
 
 
 
 
 
 

     Руководитель  проекта:       Выполнил:    Янина В. А.       студент гр. СЖД-312

                                                                 Медьянов Т. С. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Екатеринбург 2004г. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Введение.

     Железные дороги России имеют самую высокую интенсивность использования железнодорожного пути. Основная задача железнодорожного транспорта: максимальное удовлетворение потребностей народного хозяйства и общества в перевозке грузов и пассажиров с высоким комфортом, большей скоростью при обеспечении безопасности указанных перевозок.

     Одним из важнейших условий безопасности движения поездов с установленными скоростями является правильное назначение норм устройства и содержание рельсовой  колеи. Нормы и допуски могут  быть приняты только на основе исследований в области взаимодействия пути и подвижного состава.

     Одной из главных характеристик является ширина колеи, от которой зависят  не только расходы на эксплуатацию пути и размеры подвижного состава, но и объемы земляных работ.

     При определении возвышения учитывают  не только технико-экономические соображения, но и условия комфортабельности  езды пассажиров, которое выражается недопущением у них неприятных ощущений и утомляемости. С величиной возвышения непосредственно связано назначение длин переходных кривых для плавного изменения центробежных сил и ускорений. Необходимость укладки укороченных рельсов на внутреннюю рельсовую нить, прежде всего, связана с требованием расположения стыков правой и левой рельсовой нити по наугольнику.

     Установление  расчетной ширины колеи зависит  от расположения ходовых частей в  рельсовой колее в зависимости  от их характеристик и размеров, вида вписывания.   
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Исходные данные

     Часть 1.

     Вид тяги         электровозная

     Грузонапряженность       50(млн·т· бр)/(год)

     Максимальная  скорость грузовых поездов   50км/ч

     Максимальная  скорость пассажирских поездов   100км/ч

     Конструкция пути:

     Рельсы  марки                                                                       Р-65

     Шпалы                                                                                 Железобетонные

     Балласт                                                                                 Щебеночный

     Путь                                                                                      Бесстыковой        

     Часть 2.

     Тип рельсов        Р-65

     Наибольшая  скорость движения на

     боковой путь V_max       21 м/с

     Допустимое  значение потери кинетической

     энергии при соударении колес и остряка  W₀   0,220 м/с

     Допустимое  значение ускорения g₀’    0,34 м/с²

     Допустимое  значение ускорения g₀’’    0,48 м/с²

     Длина криволинейного остряка l_остр     13500 мм 

     Часть 3.

     Радиус  кривой                                                                      1100м  

     Скорость  движения поездов на кривой

     а) грузовых         73км/ч

     б) пассажирских        90км/ч    

     в) скорых         130км/ч    

     Масса поездов

     а) грузовых         3550тонн

     б) пассажирских        900тонн

     в) скорых         645тонн

     Количество  поездов                                                      

     а) грузовых         27

     б) пассажирских        7

     б) скорых         2

     Единица подвижного состава      ВЛ23 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     1. Установление класса  пути,

     типа верхнего строения пути.

     1.1Определение класса  пути.

     Класс пути определяется в зависимости  от грузонапряженности и допускаемых скоростей движения поездов. В соответствии с приказом ЦПТ 53 от 30.09.03г. «Технические условия на работы по ремонту и планово-предупредиельной выправке пути», утвержденным министром путей сообщения В. Ф. Созоновым и исходными данными принимаю: группа пути – В, категория – 3, класс пути - 2.

     2.В3

     1.2Технические условия  на укладку пути.

     Из  пиказа выписываю технические требования для 2-ого класса пути. Для него предусмотрены  новые термоупрочненые рельсы марки  Р-65, категории T1 и Т2, скрепления новые, шпалы новые железобетонные 1-го сорта 1840 шт/км, балласт щебеночный с толщиной слоя 40 см, при замене верхнего строения пути проводится усиленный капитальный ремонт пути. В конструкции стрелочных переводов применяются новые рельсы Р65, закаленные рельсовые элементы, железобетонные новые брусья, при замене стрелочных переводов проводится усиленный капитальный ремонт.

     1.3Конструкция верхнего строения пути.

     К верхнему строению пути относятся: рельсы, стыковые и промежуточные скрепления, подрельсовые основания, балластный слой.

     Балластная  призма бывает однослойная и двухслойная (в практике встречается и трехслойная  балластная призма). Однослойная балластная призма состоит из одного вида материала, а двухслойная соответственно из двух. В нашем случае балластная призма двухслойная (внизу на земляном полотне песчаная подушка толщиной 20 см, далее щебень толщиной 40 см). Толщина балласта замеряется от поверхности основной площадки земляного полотна до нижней постели шпалы. На однопутных линиях замер производится по оси пути или под любой рельсовой нитью. На двухпутной линии- под межпутной рельсовой нитью. Ширина балластной призмы равняется 3.1 м, а на кривых участках пути при R<600м, ее необходимо увеличивать с наружной стороны на 0.1м. На двухпутных участках следует увеличивать и ширину междупутья (стандартная ширина междупутья на прямом участке пути = 410см=4.1м) на 0.1м Если балластная призма из асбеста, то песчаной подушки не будет. Если подушка устанавливается из гравия, то толщина щебня может быть уменьшена на 5см. Ширина земляного полотна равняется 7м, а в кривых участках пути ее необходимо увеличить с наружной стороны на 0.5м. В данном курсовом проекте принимаем:

     Рельсы  марки                                                                       Р-65

     Шпалы                                                                                 Железобетонные

     Балласт                                                                                 Щебеночный

     Путь                                                                                      Бесстыковой      

     В данном курсовом проекте принимаем  раздельное промежуточное скрепления типа КБ (клемно-болтовые)

     Эпюра шпал – количество шпал на 1км пути. При V_движ <=120км/ч на прямых участках пути на 1км укладывается 1840 шпал, а при V_движ>120км/ч или Г>120млн∙т∙км/км∙год или на кривых участках пути, при R<=1200м на1км пути укладывается 2000шпал.        

     Эпюра шпал

          По СНиПу II-39-76 число шпал на 1км: на прямых участках и кривых радиусом 1200м и более ( на подъездных путях 350м и более), при 1-ой

     категории ж/д,  принимается равным 1840 штук. На кривых радиусом менее 1200м ( на подъездных путях менее 350м) – 2000 штук. 

     1.4Периодичность  выполнения ремонтов пути.

     Периодичность выполнения ремонтов пути напрямую зависит от пропущенного тоннажа. Нормативные сроки выполнения усиленного капитального и капитального ремонта пути, для пути класса «2.В3» составляет Т₀=1400 млн.т.бр. Это означает, что такой груз должен быть перевезен между двумя усиленными капитальными ремонтами пути. Сроки выполнения усиленного капитального и капитального ремонта пути уменьшается на 15%, так как L<200км – расстояние погрузки сыпучих грузов. тогда получаем, что срок ремонта (923,333млн.т.бр.). Срок, через который будет проводиться ремонт, можно определить по формуле 

                                           t= Т₀/ Г,                                                    (1.1) 

       в нашем случае Г=50, тогда t=923,333/50=19лет  

     Календарный график ремонта пути

                                                                (РС)                      

                                 7                             12                                  16                19

       млн. т

         0                              350                           600                           800           923,333  год

     О – обновление пути, предназначается для периодического полного обновления рельсошпальной решетки. Обновление пути должно сопровождаться реконструкцией балластной призмы в соответствии техническими условиями на указанные работы либо заменой загрязненного балласта другими видами.

     При обновлении пути, производимом с реконструкцией балластной призмы, должно осуществляться уположение откосов насыпи с ликвидацией  или укреплением балластных шлейфов и обеспечение крутизны откосов 1:1.5 в соответствии с типовыми поперечными профилями земляного полотна.

     При обновлении пути выполняются следующие  работы: усиление рельсошпальной решетки, ремонт водоотводов, ликвидация пучинистых мест в  земляном полотне и повышение несущей способности его основной площадки в местах деформаций, выправка и подбивка пути  с постановкой его  на проектную отметку в профиле, выправка кривых в плане с восстановлением проектных радиусов, приведение длин переходных кривых и прямых вставок между кривыми в соответствии с максимальными скоростями движения, установленными на участке, планировка балластной призмы, срезка обочины земляного полотна, планировка и отчистка кюветов, ремонт переездов, отчистка русел, планировка конусов малых искусственных сооружений и другие работы, предусмотренные проектом.

     Сплошная  замена рельсов (РС) выполняется с целью обновления или усиления рельсов и сопровождается сопутствующими работами в объеме среднего ремонта.

     Средний ремонт пути (с) предназначен для оздоровления балластной призмы за счет сплошной очистки щебеночного балласта на глубину 25-30 см или путем обновления загрязненного других видов на участках, где не требуется понижать отметку пути. При среднем ремонте пути выполняются те же сопутствующие работы , что и при реконструкции балластной призмы. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     2. Расчет рельсовой  колеи

     2.1 Определение возвышения  наружного рельса в кривой.

     При проектировании железных дорог возвышение h наружного рельса над внутренним определяется по формуле:

                                                                  H=12.5∙K∙V²_ср. /R, где                                            

     K – коэффициент увеличения возвышения h, учитывающий смещение центра тяжести экипажа в наружную сторону по отклонению к оси пути.

     Vср. – средняя скорость взвешенная по тоннажу, км/ч.

     R- радиус кривой, м.                                       

     Средневзвешенное квадратичное значение V²ср.  Определяется по формуле:

                                V²ср.=∑(Qi∙ni∙V²i )/∑(Qi∙ni).                                                                 

     V²i- скорость поездов i-го типа;

     ni- количество поездов i-го типа;

     Qi- вес поездов i-го типа;                           

           h=12.5∙V²ср /R+∆h, где  

     12.5- переводной коэффициент.

     ∆h- добавочное возвышение, учитывающее отклонение центра тяжести экипажа от оси колеи при R≤1200м (∆h=20мм).

     Расчетное возвышение h должно быть проверено из условия обеспечения комфортной езды пассажиров на максимальной скорости движения пассажирских поездов по формуле:

           h_мин=12,5∙Vmax²/R-115∙aнп,

     где

     V_max- максимальная скорость движения поездов.

     a_нп- величина непогашенного центростремительного ускорения, принимается для пассажирских поездов =0.7м/с².

     2.2. Расчет основных  элементов для разбивки переходной  кривой.

     Значимость  переходной кривой:

     Для плавного сопряжения прямого участка  с круговой кривой (следовательно центробежная сила возрастает постепенно).

     Для плавного отвода возвышения наружного  рельса.

     Для плавного уширения рельсовой колеи  в кривой. 

          Круговые кривые имеют установленный  радиус R  и возвышение h. Для обеспечения плавного перехода подвижного состава из прямой в круговую кривую устраиваются переходные кривые. В пределах переходных кривых устраиваются переходные кривые. В пределах переходных кривых устраивается отвод кривизны К, возвышения и уширения колеи, если это необходимо.

     Длина переходной кривой l₀ зависит от многих условий:

     -Принятого  уклона отвода возвышения i,

     -Скорости  движения V,

     -Допускаемой  величины нарастания горизонтальных  ускорений Ψ,

     -Допускаемой  скорости подъема колеса по  наружному рельсу и т.д.

     На эксплуатируемых участках железных дорог переходные кривые не устраиваются при радиусах более 3000м, а так же в том случае, если разность кривизны смежных круговых кривых не превышает 1/3000. В остальных случаях длина переходной кривой устанавливается:

     1) Из условия не превышения допускаемого уклона i при прямолинейном отводе возвышения:

           l₀=h/i 

     2) Из условия допустимой величины  нарастания непогашенных ускорений  Ψ:                                                                         

           l₀=(V/3.6)³/( Ψ∙R);  

     3) Из условия ограничения вертикальной  скорости подъема колеса по  наружному рельсу

           l₀=0.01∙V∙h

     4)  

     Наибольшая  из длин l0=150м принимаем за окончательное значение длины переходной кривой.

     После определения l0 рассчитывается угол поворота переходной кривой по формуле:

     φ₀= 180∙l0/(2∙p∙R)        

     Рассчитываем  параметры переходной кривой:

     -Геометрический  параметр переходной кривой С

           C=l₀∙R 

     -Абсцисса  конца переходной кривой х₀

     х₀=l₀- l₀⁴/40∙С²

     -Ордината  конца переходной кривой y₀

           y₀= l₀³/6∙C 

     -расстояние  от начала переходной кривой  до проекции центра кривой  на прямую

     m=x₀-R∙sinφ0

     -величина  сдвижки круговой кривой относительно прямой P

     P=l₀²/24∙R

     -полная  длина круговой кривой 

           К=2 l₀+R(b-2j)*p/180

     2.2.1. Общее укорочение  внутренней рельсовой нити

      относительно наружной.

                                  Стыки рельсов должны располагаться  по наугольнику, то есть

                                      стык против стыка.                                                            

                                  стык против стыка          в разбег

     Но  в кривой наружная рельсовая нить длиннее, чем внутренняя, поэтому при использовании стандартных рельсов длиной 25м стыки располагаются в разбежку.  Отсюда следует, что внутренние рельсы должны быть короче. Для этого применяется стандартное укорочение. Рельсы длиной 25м имеют стандартное укорочение 80мм и 160мм. В данном курсовом проекте мы будем пользоваться этим стандартным укорочением.

      В кривом участке пути мы имеем право  на несовпадение стыков:

       недобег                                                        забег

     ε_кк=S₁∙l_кк/R

     ε_пк1=S₁∙l₀²/2C

     2.3. Вписывание в  кривую, или определение ширины  колеи в кривой.

     L- полная колесная база

     l – жесткая колесная база 

                         — принудительное вписывание

     Определение расчетной ширины колеи является необходимым, так как соотношение  расчетной и установленной ширины колеи характеризует воздействие  подвижного состава на ж.д. путь в  горизонтальном продольном и поперечном направлении и следовательно  определяет объем планово-предупредительных работ при текущем содержании пути.

     Вписывание  бывает свободное, нормальное, принудительное и заклиненное; в практике заклиненного быть не должно.

     Ширина  колеи определяется расчетом по вписыванию экипажа в заданную кривую, при условии, что она должна обеспечить свободное вписывание для вагонов и нормально-принудительное вписывание для локомотивов.