на тему- Железнодорожное земляное полотно Выполнил- студент группы 4С306 Изнюк П

Работа добавлена на сайт samzan.net:

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Петербургский Государственный Университет Путей Сообщения

 

Кафедра: «Железнодорожный путь»

Курсовой проект

на тему: «Железнодорожное земляное полотно»

Выполнил: студент группы 4-С-306

Изнюк П.Е.

Проверил: доцент Абдулфаттах М.Х.

Санкт-Петербург

2007

Содержание

Часть 1. Расчеты прочности и устойчивости верхнего строения пути………….3

Цель расчетов…………………………………………………………………………….3

Глава 1. Расчет пути на прочность…………………………………………………..4

1.1 Основные расчетные характеристики пути и подвижного состава………………4

1.1.1 Расчетные характеристики подвижного состава……………………………..4

1.1.2 Основные характеристики верхнего строения пути…………………………...4

1.2 Определение величины эквивалентных грузов……………………………………5

1.2.1 Выбор расчетных осей…………………………………………………………….9

1.3 Определение напряжений в элементах верхнего строения пути………………..10

1.4 Анализ результатов расчета напряжений в элементах верхнего строения

пути……………………………………………………………………………………...11

1.5 Расчет бесстыкового пути на прочность………………………………………….11

Глава 2. Определение напряжений на основной площадке

земляного полотна………………………………………………………………...…..12

Список используемой литературы

Часть 1. Расчеты прочности и устойчивости верхнего строения пути

Цель расчетов

Расчет на прочность и устойчивость при заданных типе верхнего строения пути, подвижной нагрузке, скорости движения, плане и профиле пути, температурном режиме работы пути позволяют определить:

- напряжения в рельсах (контактные, подголовочные, в зоне болтовых отверстий, общие напряжения изгиба и кручения);

- напряжения под подкладками на деревянных шпалах (при железобетонных шпалах – напряжения в прокладках и в бетоне в подрельсовом сечении);

- напряжения в балласте под шпалой в подрельсовом сечении;

- напряжения на основной площадке земляного полотна;

- упругие деформации рельсовых нитей в вертикальной и горизонтальной поперечных плоскостях;

- устойчивость пути против выброса, температурный и технологический (ремонтный) режим работы бесстыкового пути и др.

Сравнение полученных расчетом величин с допускаемыми, их значения позволяют оценить напряженно-деформированное состояние пути, степень его прочности и устойчивости, безопасность движения поездов. В необходимых случаях при несоответствии типа верхнего строения пути и его состояния эксплуатационным условиям, расчеты позволяют установить условия обращения того или иного типа подвижных единиц по рассматриваемому участку пути, ввести ограничения скорости движения поездов или ограничить вертикальную нагрузку колеса на рельс и обоснованно наметить мероприятия по усилению пути.

Расчеты позволяют оценки степень увеличения интенсивности накопления остаточных деформаций в элементах подрельсового основания и на основной площадке земляного полотна при введении на участке обращения вагонов с повышенной весовой нормой или осностью тележек через изменение значений динамической нагрузки колеса, эквивалентного груза , распределенной по длине нагрузки  и др.

Комплексный расчет бесстыкового пути на прочность и устойчивость позволяет определить условия равновесия сжатой продольными силами рельсошпальной решетки и определить интервалы температур закрепления рельсовой плети для данного региона.

Определить срок службы рельсов и шпал, и назначить сроки ремонтов.

Глава 1. Расчет пути на прочность

1.1 Основные расчетные характеристики пути и подвижного состава

1.1.1 Расчетные характеристики подвижного состава

Расчетные характеристики приведены в таблице 1.

Таблица 1.

№ п.п	Характеристика	Единица измерения	Величина
			Тепловоз 2ТЭ116	4-х осный вагон ЦНИИ-XЗ-0
1	Статическая нагрузка на колесо,	Н	115000	110000
2	Расстояние между осями тележек, и	м	1,85 - 1,85	1,85
3	Неподрессоренная масса, отнесенная к одному колесу,	Н	22300	9950
4	Жесткость комплекта рессор, отнесенная к одному колесу,	Н/м	1020000	2000000
5	Диаметр колеса по кругу катания,	м	1,05	0,95
6	Скорость движения,	м/с	33,3	33,3
7	Расчетная глубина изолированной неровности на колесе,	м
8	Коэффициента перехода от осевых к кромочным напряжениям, Прямая Кривая R=650	-	1,10 1,45	1,18 1,31

1.1.2 Основные характеристики верхнего строения пути

Основные характеристики приведены в таблице 2.

Таблица 2.

№ п.п	Характеристика	Единица измерения	Величина
			Прямая	Кривая R=650 м
1	Тип рельса	-	Р65	Р65
2	Приведенный износ	м
3	Материал шпал	-	железобетон	железобетон
4	Эпюра шпал	шт/км	1840	2000
5	Материал балластного слоя	-	щебень	Щебень
6	Тип шпал	-	ШС-1	ШС-1
7	Толщина балласта	м	0,35	0,35
Расчетные характеристики верхнего строения пути
8	Модуль упругости подрельсового основания, Лето (Зима)	МПа	100 Па (140)	110 (154)
9	Момент инерции рельса в вертикальной плоскости относительно горизонтальной оси,	м4
10	Коэффициент относительной жесткости подрельсового основания и рельса ,   Лето (Зима)	м-1	1,338 (1,445)	1,421 (1,535)
11	Момент сопротивления рельса относительно наиболее удаленного волокна на подошве,	м3
12	Расстояние от горизонтальной нейтральной оси до крайних волокон головки рельса,	м
13	Расстояние от горизонтальной нейтральной оси до крайних волокон подошвы рельса,	м
14	Ширина головки рельса,	м	0,075	0,075
15	Ширина подошвы рельса,	м	0,15	0,15
16	Коэффициент, учитывающий изменение колеблющейся массы пути на ж/б шпалах по сравнению с деревянными,	-	0,93	0,93
17	Коэффициент, учитывающий влияние типа рельса на уклон динамической поверхности на пути,	-	1	1
18	Коэффициент, учитывающий влияние типа рельса на уклон образования динамической неровности на пути,	-	0,87	0,87
19	Коэффициент, учитывающий влияние рода балласта на образование динамической неровности на пути,	-	1	1
20	Расстояние между осями шпал,	м	0,55	0,51
21	Площадь подкладки,	м2
22	Площадь полушпалы с учетом изгиба,	м2	0,3092	0,3092

1.2 Определение величины эквивалентных грузов

Рельс испытывает нагрузку от колес подвижного состава, между колесами на него действует только реакция подрельсового основания . Исходя из теоремы Шведлера-Журавского, для изогнутой оси рельса, как балке лежащей на сплошном упругом основании, между точками опирания колес имеется дифференциальное уравнение:

- основное уравнение

Исходя из того, что , то мы получим:

отсюда

Если один и тот же локомотив пропускать много раз по пути с одной скоростью, то в одном и том же случае, в сечении значение динамической силы одного и того же колеса будут существенно отличаться. Экспериментально доказано, что сумма слагающих динамическую нагрузку колеса на рельс близка к закону распределения Гаусса, поэтому наибольшую динамическую силу расчетного колеса на рельс определяют соотношением:

где   - среднеквадратическое отклонение динамической силы;

       - средняя динамическая нагрузка на рельс;

- множитель, обеспечивающий уровень вероятности;

Если действует система грузов, то в расчетных формулах необходимо учитывать их влияние.

При динамическом расчете пути на прочность используют величину эквивалентных грузов, определяемых по формулам:

При этом вычисления ведем по правилам статической нагрузки, тогда прогиб:

При этом учитываем, что под расчетным колесом реализуется наибольшее значение , а под соседними колесами :

где   - среднее значение вертикальной составляющей, возникающей за счет колебания кузова на рессорах в расчетном сечении;

Н - статическая нагрузка вагона на колесо;

Н - статическая нагрузка локомотива на колесо;

Для локомотива:

Для вагона:

где   Н/м – жесткость комплекта рессор, отнесенная к первому колесу;

м - максимальный прогиб рессор при движении со скоростью;

Н – неподрессоренная масса, отнесенная к одному колесу;

Следовательно:

Для локомотива:

Н

Н

Для вагона:

Н

Н

Среднеквадратическое отклонение динамической силы определяется по формуле:

где   - среднеквадратическое отклонение от вертикальной составляющей, возникающей за счет колебания кузова на рессорах в расчетном сечении;

- доля колес поезда, имеющих изолированную неровность;

- среднеквадратическое отклонение от силы инерции, возникающей при прохождении колеса неровности на пути:

где   - коэффициент, учитывающий изменение величины колеблющейся массы пути на железобетонных шпалах по сравнению с деревянными;

- коэффициент, учитывающий влияние жесткости пути на уклон динамической неровности;

- коэффициент, учитывающий влияние типа рельса на уклон динамической неровности на пути;

- коэффициент, учитывающий влияние рода балласта на образование динамической неровности на пути;

- расстояние между осями шпал;

- неподрессоренная масса, отнесенная к одному колесу;

- скорость движения;

- модуль упругости подрельсового основания;

- коэффициент относительной жесткости;

- средняя величина динамической силы;

- среднеквадратическое отклонение от силы инерции, возникающей при качении колес, имеющих изолированную неровность:

где   - максимальный дополнительный прогиб рельса при прохождении колесом косинусоидальной неровности, отнесенной к единице глубины неровности:

где  м/с2 – ускорение свободного падения;

Если  > , то ;

Если  < , то ;

где   и  - периоды вынужденных и собственных колебаний системы «колесо-руль»;

Если , то ;

Если , то  находят из кривой дополнительного прогиба;

- среднеквадратическое отклонение от силы инерции, возникающей при качении колес, имеющих непрерывные неровности:

где - диаметр колеса по кругу катания;

Пример расчета:

Локомотив 2ТЭ116, лето, прямая.

Среднеквадратическое отклонение от вертикальной составляющей, возникающей за счет колебания кузова на рессорах в расчетном сечении:

Н

Среднеквадратическое отклонение от силы инерции, возникающей при прохождении колеи неровности пути:

Н

м/с < , то  ;

Среднеквадратическое отклонение от силы инерции, возникающей при качении колес, имеющих неровность не колесе:

Н

Среднеквадратическое отклонение от силы инерции, возникающей при качении колес, имеющие непрерывные неровности:

Н

Среднеквадратическое отклонение динамической силы:

Н

Динамическая сила расчетного колеса на рельс:

Н

Все расчеты сведены в таблицу 3.                                                       

  Таблица 3

параметр	Локомотив 2ТЭ116	4-х осный вагон на тележках ЦНИИ-ХЗ
	лето	зима	лето	зима
	R=∞	R=650м	R=∞	R=650м	R=∞	R=650м	R=∞	R=650м
Рст, Н	115000	110000
Рр, Н	34299	40000
Р, Н	140724	140000
Sр, Н	2744	3200
Sнп, Н	54759	51676	62346	58829	36389	34340	41431	39094
Sинк, Н	7372	7635	9556	9896	9896	10249	12828	13283
Sннк, Н	3712	3770	4175	4242	2942	2992	3333	3389
S, Н	54972	51907	62575	59079	36709	34688	41780	39475
Рр=Рвер	278154	270492	297162	288422	231773	226720	244450	238688

1.2.1 Выбор расчетных осей

Для определения влияния соседних колес тележки на величину изгибающего момента  и прогиба необходимо выбрать расчетную ось. Для получения наибольших напряжений в рельсах необходимо иметь от системы заданных сил максимальное значение  и .

При определении расчетной оси пользуются схемами выгодного положения нагрузки.

Определение расчетной оси при расчете изгибающего момента:

Так как  > , то при любой тележки вторая ось попадает в отрицательную зону. Значит при расчете изгибающего момента за расчетную ось всегда принимаем первую ось в тележке.

Определение расчетной оси при определении прогиба.

Максимальное значение прогиба  имеет не под силой, однако в целях упрощения расчетов принимают максимальное значение прогиба  в точке приложения нагрузки от колеса на рельс. При определении наибольшего прогиба рельса  и нагрузки на шпалу  за расчетную ось при 2-х осной тележке принимается первая ось тележки. Первая ось принимается за расчетную и в

3-х осной тележке, если  <  (вторая ось тележки располагается в отрицательной зоне линии влияния).

Вторая ось в 3-[ осной тележке принимается за расчетную в том случае, когда   > . При воздействии на путь 4-х осной тележке, как и при 3-х осной, за расчетную ось принимается первая или вторая ось, при этом исходят из минимального расстояния, имеющего место между осями в тележке.

Для локомотива 2ТЭ116 за расчетную ось принимаем первую ось. Для 4-х осного вагона за расчетную ось принимаем первую ось.

Пример расчета:

Локомотив 2ТЭ116, лето, прямая.

Расстояние между осями в тележке составляет 1,85 м.

< 1,85 м

Для второй оси тележки:  м

Ординаты линий влияния:  и

Эквивалентные грузы при воздействии на путь локомотива:

Н

Н

Результаты сведены в таблицу 4.

                                                         Таблица 4

параметр	Локомотив 2ТЭ116	4-х осный вагон на тележках ЦНИИ-ХЗ
	лето	зима	лето	зима
	R=∞	R=650м	R=∞	R=650м	R=∞	R=650м	R=∞	R=650м
р1 экв	261619	256673	284046	278135	215323	212972	231402	228454
р2 экв	276099	266735	292912	283004	229729	222982	240222	233298

1.3 Определение напряжений в элементах верхнего строения пути

Напряжения от прогиба и кручения в рельсах, при воздействии внецентренно приложенных горизонтальных сил, определяются по формулам:

В подошве рельса:

где   - момент сопротивления;

В головке рельса:

В качестве прочностных характеристик  МПа,  МПа.

На подкладках:

где   - нагрузка на шпалу;

В балласте:

где   МПа,  МПа – для локомотивов и  МПа для вагонов.

Пример расчета:

Локомотив 2ТЭ116, лето, прямая.

Напряжения от прогиба и кручения в рельсах при воздействии внецентренно приложенных горизонтальных сил:

- в подошве рельса:

МПа

МПа;

- в головке рельса:

МПа

МПа;

- на подкладках:

МПа

- в балласте:

МПа

Результаты вычислений сведены в таблицу 5.

Таблица 5.

параметр	Локомотив 2ТЭ116	4-х осный вагон на тележках ЦНИИ-ХЗ
	лето	зима	лето	зима
	R=∞	R=650м	R=∞	R=650м	R=∞	R=650м	R=∞	R=650м
,МПа	128,95	157,02	129,63	157,51	113,85	117,71	113,29	116,89
,МПа	153,88	161,10	154,69	161,60	130,51	127,39	129,87	126,50
,МПа	1,96	1,87	2,25	2,14	1,63	1,56	1,84	1,76
,МПа	0,36	0,34	0,41	0,39	0,30	0,28	0,33	0,32

1.4 Анализ результатов расчета напряжений в элементах верхнего строения пути

Данные таблицы 5 показывают, что наибольшие напряжения в кромке подошвы и головки рельса, в рельсах типа Р65 возникают от колес локомотива 2ТЭ116 и 4-х осного вагона на тележках ЦНИИ-Х3 летом на прямом участке пути.

Зимой наибольшие напряжения возникают от колес локомотива на прямом участке и от колес вагона в кривом участке пути. Данные напряжения при любых условиях не превышают допускаемые.

Напряжения в балласте также не превышают допускаемые при любых условиях.

Напряжения на подкладках железобетонных шпал во всех случаях превышают нормативные  МПа. Не выполнение данного условия приведет к частому «выходу» шпал из строя, т.е. это влечет за собой увеличение расходов на текущее содержание пути. Решением этой проблемы может быть переход на рельсы более тяжелых типов, таких как Р75.

 

1.5 Расчет бесстыкового пути на прочность

В средней части пути возникают температурные напряжения , максимальное значение которых ограничено условием прочности:

где   - кромочные напряжения, возникающие в кромке и подошве рельса, определяются согласно методики оценки воздействия на путь подвижного состава по условию прочности;

- коэффициент запаса прочности, для рельсов первого срока службы старогодних прошедших ремонт;

Допускаемые напряжения:

МПа – для термоупрочненных рельсов;

МПа – для незакаленных рельсов;

В летний период особо опасные напряжения в кромках головки рельса, в то время как зимой опасные напряжения в кромках подошвы рельса.

Условие прочности:

Лето:

Зима:

Лето:

Зима:

где   МПа - модуль упругости;

- коэффициент линейного расширения рельсовой стали;

- изменение температуры рельса;

Наибольшие допустимые по условию прочности изменения температуры рельсовой плети по сравнению с температурой закрепления в сторону уменьшения:

Прямая, лето:

Прямая, зима:

Кривая, лето:

Кривая, зима:

Глава 2: Определение напряжений на основной площадке земляного полотна.

Допущения:

1.  Задача о напряжениях на основной площадке решается согласно теории линейно-деформированной среды.
2.  Напряжения на основной площадке определяются в подрельсовом сечении от влияния расчётной и двух соседних шпал.

Принимается, что зависит от напряжений в балласте, от толщины балласта, эпюры шпал. Не зависит от рода балласта.

Толщина балластного слоя 35 см.

Давление от шпалы 1:

Где ,

- параметр, учитывающий влияние материала шпал  =1

- давление шпалы 1 на балласт.

Где - коэффициент, зависящий от типа шпал, =0,128

Напряжения на основную площадку считаются для следующих условий: для вагона как наиболее массовой подвижной единицы для летних условий в прямом участке пути.

Давление от шпалы 3

Напряжение на основной площадке земляного полотна:

Пример расчёта:

Давление от шпалы 1:

Напряжения на основной площадке от соседней слева шпалы 2.

Ординаты линий влияния:  и

Ординаты линий влияния:  и

Список используемой литературы

1.  «Основы устройства и расчётов железнодорожного пути», М. «Транспорт», 1986
2.  «Практические расчёты верхнего строения пути на прочность с применением ЭВМ», СПб, ПГУПС, 1986 г.

1. на тему Растворы полимеров
2. Значение речи в жизни человека в его психологии и поведении
3. Остров Гренландия и его географические особенности
4. Черные металлы в конструкциях РЭС
5. Курскоблнефтепродукт Утверждаю Генеральный директор ООО Курскоблнефтепродукт
6. Лабораторная работа 2 Категория Колво DVD дисков на нача
7. Клад {Строки являющиеся по мнению большинства издателей позднейшей вставкой в текст Плавта в
8. Баланс, рахунки і подвійний запис як основні методичні прийоми бухгалтерського обліку
9. Введение Развитие и воплощение в жизнь идей правового государства
10. Реферат- Монопольна та конкурентна рівновага, цінова еластичність попиту
11. Статья 21 Основные права и обязанности работника Работник имеет право на- заключение изменение и растор
12. Die Grundlge der Lutbildung ist die tmung
13. Балансовое обобщение как метод бухгалтерского учета
14. Курсовая работа- Современные материальные носители документированной информации
15. . До східнослов~янської підгрупи мов разом з українською належать- а російська польська; б білоруська б
16. Чувства под обстрел и не отображает финального качества данного произведения1
17. Аккредитивная форма расчетов
18. лекция медицинских рефератов историй болезни литературы обучающих программ тестов
19. . Гносеологическая специфика модели и ее определение 2
20. Тема- Презумпция невиновности в уголовном процессе Выполнила- студентка 3 курса заоч

Материалы собраны группой SamZan и находятся в свободном доступе