Выбор класса пути,конструкции,типа и характеристик верхнего строения пути на участке

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (МИИТ)

Кафедра «Путь и путевое хозяйство»

 

 

Курсовой проект

По дисциплине «железнодорожный путь»

 

 

«РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ»

 

Выполнил:

студент группы СМТ – 311

Пархомчук Г.О.

Проверил:

Глазкова Л.В.

Москва 2015

Оглавление

Введение. 2

1. Выбор класса пути, конструкции, типа и характеристик верхнего строения пути на участке. 3

1.1. Класс и категория группы для данных эксплуатационных показателей. 3

2. Проектирование рельсовой колеи. 8

2.1 Рельсовая колея на прямых участках. 8

2.2. Особенности устройства рельсовой колеи на кривых участках. 9

2.3. Определение необходимой ширины рельсовой колеи в кривых. 9

2.4. Расчет возвышения наружной рельсовой нити в кривой. 13

2.5. Проектирование переходных кривых. 15

2.6. Увеличение междупутного расстояния. 17

3. Расчетные характеристики пути и подвижного состава. 19

3.1.Расчетные характеристики пути. 20

3.2 Расчетные характеристики подвижного состава. 21

3.3. Определение вертикальных динамических сил, действующих на рельс. 22

3.4. Нахождение изгибающих моментов М и давление на опоры Q. 29

3.5 Определение напряжений в элементах ВСП. 31

3.6. Действующие напряжения на основную площадку земляного полотна. 33

4. Устойчивость бесстыкового пути. 37

4.1. Расчет устойчивости бесстыкового пути: 40

4.2.Прочность бесстыковых рельсовых плетей: 41

4.3.Определение расчетных интервалов температур закрепления рельсовых плетей. 43

5. Проект пойменной насыпи мостового перехода. 46

5.1 Общие положения. 46

5.2. Расчетная схема. 47

5.3. Расчетные характеристики грунтов для каждой зоны насыпи и основания. 50

5.4. Внешние нагрузки. 51

5.5. Расчет устойчивости откосов насыпи. 53

 

Введение

Железнодорожный путь представляет собой комплекс инженерных сооружений и устройств, образующих дорогу с направляющей рельсовой колеей, предназначенной для движения поездов (подвижного состава). Он состоит из верхнего строения пути (рельсы, шпалы, рельсошпальные (промежуточные) скрепления, стыковые скрепления, балластный слой стрелочные переводы), нижнего строения пути (земляное полотно и искусственных сооружений – мосты, водопропускные трубы, тоннели и др.).

Этот вид транспорта наиболее приспособлен к транспортным перевозкам, функционирует днем и ночью независимо от времени года и атмосферных условий, что особенно важно для России, в связи с ее географическим положением.

По размерам грузооборота ж/д транспорт занимает в нашей стране первое место. Железные дороги имеют высокую провозную способность. На железных дорогах сравнительно небольшая себестоимость перевозок и высокая скорость доставки грузов.

Однако постройка железных дорог требует больших капитальных вложений, зависящих от топографических, климатических и экологических условий. Железные дороги по сравнению с другими видами транспорта в меньшей степени воздействуют на окружающую среду и имеют меньшую энергоемкость перевозочной работы.

Железнодорожный путь имеет множественное функциональное назначение:

· направлять движение колес подвижного состава (функция ВСП);

· обеспечивать пространственную устойчивость рельсовой колеи;

· воспринимать нагрузки от подвижного состава и передавать их наземную поверхность (функция и нижнего и верхнего строения пути);

· выравнивать земную поверхность, обеспечивать необходимый план и профиль рельсовой колее (функция нижнего строения пути).

От технического состояния железнодорожного пути зависят непрерывность и безопасность движения поездов, объемы перевозок, а также эффективность использования подвижного состава.

В свою очередь работа железнодорожного пути характеризуется весьма сложными условиями его загружения динамическими нагрузками подвижного состава и воздействиями природных факторов (суточные и годовые изменения температур и влажности, атмосферные осадки в виде дождей и снега, промерзание и оттаивание балласта и земляного полотна и др.).

Выбор класса пути,конструкции,типа и характеристик верхнего строения пути на участке

Верхнее строение пути – часть железнодорожного пути, предназначенная для восприятия нагрузок от подвижного состава и передачи на земляное полотно, а также для направления движения колес по рельсовой колее.

Верхнее строение включает в себя: рельсы, рельсовые скрепления, под рельсовые основания и балластную призму.

Рисунок 2.3. Схема заклиненного вписывания двухосной тележки в кривую

Расстояние от оси первой колёсной пары до точки касания гребня колеса с рельсом на кривой

Стрела изгиба наружной нити кривой

Стрела изгиба внутренней нити кривой

Сумма разбегов

Минимально допустимая ширина колеи

топринимается нормативная ширина колеи

Для ЧС7

Схема свободного вписывания тележки в кривую

Рисунок 2.4

λ = L = 2950мм;

r = 625 мм;

t = 10 мм;

τ = 70^о;

R = 300000 мм;

S = 1520 мм.

q_max = 1509 мм.

Зная f_н и bопределим оптимальную ширину колеи:

S=1509+12,55-0+4=1525.55>1520мм

 

В связи с тем, что требуемая ширина колеи для свободного вписывания электровоза ЧС7 получилась больше установленной ПТЭ для кривой радиусом 300 м, следует перейти к определению минимально допустимой ширины колеи.

Так как тележка ЧС7 не имеет поперечных разбегов, то в этом случае определится выражение

S_min = q_max+f_H-f_в+4+ [S]

Стрела изгиба внутренней нити кривой

Стрела изгиба наружной нити кривой определяется по формуле:

Где

Минимально допустимая ширина колеи:

Таким образом: требуемая минимально допустимая ширина рельсовой колеи в кривой радиусом R=300м, полученная расчетом для пропуская длиннобазного электровоза ЧС7, не противоречит требованиям ПТЭ:[S]=1520мм.

Принимаем: 1520 мм

Вписывание обеспечено

 

 

Общие положения

Конструкция верхнего строения пути по прочности, устойчивости и состоянию должна обеспечить безопасное и плавное движение поездов с наибольшими скоростями, установленными для данного участка. Это требование ПТЭ необходимо выполнять в условиях непрерывного действия различных динамических нагрузок и природных воздействий, а также с учетом накопления остаточных деформаций всех элементов пути.

В основе требований, предъявляемых к конструкции верхнего строения пути, лежат условия обеспечения его прочности, устойчивости и экономичности. Расчетами на прочность определяется минимально необходимый тип верхнего строения пути в заданных условиях эксплуатации, а целесообразный тип верхнего строения пути определяется технико-экономическими расчетами.

Вертикальные силы, передаваемые колесами экипажа рельсам при стоянке, называются статической нагрузкой. Величины этих нагрузок можно найти в технических паспортах экипажей или справочниках.

Динамические силы, действующие на путь, представляют собой ал­гебраическую сумму сил, каждая из которых вызвана определенным видом колебаний экипажа, силами веса, центробежными силами и т.п.

Для упрощения расчетов вертикальных динамических сил учитыва­ют только основные, наибольшие силы и пренебрегают остальными.

К основным силам относят:

• весовую часть экипажа (кН/ось, кН/колесо);

• силы, передаваемые рессорным подвешиванием колесам при ко­лебании обрессоренных масс;

• силы инерции необрессоренных масс, вызванные их колебания­ми на упругом пути из-за наличия неровностей пути и колес;

• вертикальные силы, возникающие в связи с возвышением наруж­ного рельса в кривых и действием на колесную пару горизонтальных поперечных сил.

Вертикальные силы инерции необрессоренных масс в большинстве случаев являются наибольшей составляющей динамического воздей­ствия на рельс, а поэтому они в основном и определяют вертикальные динамические силы. Причинами их возникновения могут быть колеба­ния колес, вызванные неровностями пути и колес, а также извилистым движением колесных пар.

Горизонтальные поперечные силы, направленные перпендикулярно оси пути, возникают в уровне поверхности катания колеса по рельсу и между гребнем колес и боковой поверхностью головок рельсов. Устой­чивость и прочность рельса зависит от полной поперечной силы (боко­вой), передаваемой ему колесом. Равнодействующая боковых сил от одной колесной пары называется рамной силой. Для случая, показанно­го на рис. 4.1 а, боковая сила

а рамная сила

где Y – направляющие усилие.

Боковая сила в прямых достигает 20...40 кН, а в кривых 50... 100 кН.

В кривых, кроме рамных сил, возникают центробежные силы, попе­речные составляющие силы веса и тяги.

Рисунок 3.1. Схема передачи вертикальной нагрузки от колеса на основание пути

В расчетах пути учитывают, что рельс взаимодействует не с одним, а со всеми колесами одной тележки экипажа, опирающимися на него. При динамическом расчете пути под воздействием системы грузов не­обходимо найти одну силу, которая, будучи статически приложена в расчетном сечении, по своему воздействию оказалась бы эквивалент­ной динамическому воздействию всей системы грузов.

Вертикальная эквивалентная сила от колеса на рельс за пределами его стыка достигает 250 кН.

Горизонтальные продольные силы возникают вследствие угона пути, торможения и изменений температуры рельсов. При торможении локо­мотива продольная сила достигает 80... 100 кН на звено, а при рекупе­ративном торможении на спуске — 600...700 кН. Температурная сила в рельсах бывает в пределах 1000...2000 кН.

Динамическая нагрузка от колеса передается на головку рельса по небольшой площадке (рис.4.1, в). Площадь эллипса упругого контак­та 1,2... 2,2 см². При внецентренном приложении нагрузки в зоне пе­рехода головки в шейку рельса возникают напряжения концентрации, а в кромках подошвы – напряжения изгиба и кручения.

Результаты расчетов

Подвижная единица	ЧС7	ВЛ60
Температурные условия	Зима	Зима
План линии	кривая	прямая	кривая	прямая
,Н
Sр, Н
Sнп, Н
Sинк, Н
Sннк, Н
,Н
M, Н*м
Q, Н
, МПа	1,07	1,33	1,08	1,17
, МПа	0,15	0,19	0,15	0,17
f	1,16	1,16	1,16	1,15
σоп, МПа			30,1
σкп, МПа
mкг	1,22	1,22	1,44	1,22
σкг, МПа

 

 

Анализ результатов:

Напряжения на основной площадке земляного полотна при обращении грузовых вагонов достигают:

Для ЧС7:

Анализ результатов:

Напряжения на основной площадке земляного полотна достигают 0,04034 МПа, что не превышает допустимую величину 0,08 МПа.

Вывод

В дальнейших расчетах принимаем нормативные значения температур для электровоза ЧС7: 102⁰С и 98,5⁰С, для электровоза ВЛ60: 108⁰С и 84⁰С.

 

ЧС7

– в прямой,

– в кривой.

– в прямой,

– в кривой.

ВЛ10

– в прямой,

– в кривой.

– в прямой,

– в кривой.

Далее определим величину интервала закрепления Δt_з, в пределах которого следует укладывать и закреплять плети на постоянный режим эксплуатации:

.

ЧС7

Для прямой: = 51 – 3 = 48⁰ С;

Для кривой = 51 – 21 =30⁰ С.

ВЛ10

Для прямой: = 57 – 3 = 54⁰ С;

Для кривой =34 – 21 = 13⁰ С.

 

 

Мост:

В соответствии с рекомендацией ВНИИЖТа принимается:

– на мостах

-на земле

-во всех случаях

А так как

, значит

Прямая:

 

ЧС7

 

ВЛ60

 

На кривой:

ЧС7

ВЛ60

Общие положения

Земляное полотно предназначено для размещения верхнего строения пути, восприятия нагрузок от него и подвижного состава и упругой передачи их на основание, а также для выравнивания земной поверхности в пределах железнодорожной трассы и придания пути необходимого плана и профиля.

Земляное полотно - одно из самых сложных инженерных сооружений железнодорожного транспорта. Сложность определяется в первую очередь характерными особенностями основного материала земляного полотна - грунта: изменчивостью характеристик грунта во времени и пространстве в зависимости от изменения природных и техногенных факторов, нелинейностью связей между напряжениями и деформациями. Эти особенности необходимо учитывать при проектировании, строительствеи эксплуатации земляного полотна.

В данном курсовом проекте необходимо запроектировать поперечный профиль подтопляемой насыпи мостового перехода при заданных условиях: высоте насыпи, характеристиках водного потока и основных характеристиках грунтов насыпи и основания.

Основное требование при проектировании поперечных профилей земляного полотна - обеспечение устойчивости откосов насыпей и выемок с учетом необходимого запаса, обусловленного несовершенством расчетных схем и недостаточной точностью расчетных параметров грунта. В то же время запроектированный профиль должен быть экономичным (обеспечивать минимум земляных работ без излишних запасов).

Расчетная схема

Обычно оценку устойчивости откосов насыпи рассматривают в плоской задаче, имея в виду, что откосы являются протяженными в длину грунтовыми массивами.

Наблюдения за поверхностями, по которым происходит смещение грунтов откосов, показывают что они, как правило, криволинейны. В однородных связных грунтах эти поверхности в различной степени напоминают чашеобразные или цилиндрические, а в сыпучих грунтах они приближаются к плоскости. Для заданных грунтов насыпи поверхность возможного смещения откосов можно принять круглоцилиндрической (в плоской задаче - круговая кривая). При этом предполагается, что массив смещающегося грунта (его называют блоком возможного смещения) при деформации перемещается как единое целое.

На устойчивость откосов большое влияние оказывает вода: атмосферные осадки, грунтовые воды, подтопляющие откосы воды водотоков или водохранилищ и пойменные воды на мостовых переходах. Насыщая грунт, вода существенно изменяет его свойства, а если имеет место фильтрация, то в грунте возникают дополнительные фильтрационные силы Всё это, как правило, уменьшает запасы устойчивости откосов.

При расчетах устойчивости пойменных насыпей в качестве расчетного принимают следующий случай:

· после длительного подъема и стояния паводка водопроницаемый грунт насыпи оказывается насыщенным до отметки наивысшего уровня воды (НУВ);

· при начале спада паводка вода из поймы уходит внезапно и начинается ее эксфильтрация (вытекание) из тела насыпи под действием сил гравитации;

· при этом верхний уровень воды очерчивается кривой депрессии;

· над ним располагается зона сплошного капиллярного насыщения.

В курсовой работе следует, пользуясь типовыми решениями, наметить первый вариант поперечного сечения пойменной насыпи, проверить ее устойчивость и принять окончательное решение.

Построим расчетную схему. Вычертим в масштабе 1:100 (1:200) поперечное сечение насыпи заданной высоты Н = 16,8 м. При этом поверхность основной площадки земляного полотна принимают горизонтальной, а ее ширину в зависимости от категории линии в соответствии с табл. 4.1.

Ширина основной площадки земляного полотна

 

Категория железнодорожных линий	Число главных путей	Ширина основной площадки земляного полотна на прямых участках пути (м) при использовании грунтов
глинистых, крупнообломочных с глинистым заполнителем, песков не дренирующих	скальных, крупнообломочных с песчаным заполнителем, песков дренирующих
I (скоростные и особогрузо-напряжённые)		11,7	10,7
I и II		7,6	6,6
III		7,3	6,4
IV		7,1	6,2

 

Крутизна откосов насыпи принимается 1:1,5 в верхней ее части высо­той до 6 м и 1:1,75 при высоте от 6 до 12 м.

В пойменных насыпях при высоте насыпи более 12 м для повышения их устойчивости устраивают бермы. В курсовой работе ширина бермы принимается равной 4 м, крутизна откоса 1:2.

Отметка бровок незатопляемых берм (высота от подошвы насыпи) d_б определяется в зависимости от характеристик водного режима по формуле:

где - глубина воды над подошвой насыпи, м;

- высота подпора воды, возникающего из-за стеснения живого сечения реки искусственным сооружением, м;

- высота ветрового нагона воды, м;

м- высота наката на откос волн 1-процентной обеспеченности по накату, м;

- запас, принимаемый для незатопляемых берм равным 0.25м.

dб=5,8+0,18+0,08+1,8+0,25=8,11м

 

Наивысший уровень воды:

 

Кривую депрессии заменяют ломанной с вершиной на оси насыпи. Для ее построения из точки НУВ на оси насыпи в обе стороны проводят прямые с уклоном кривой депрессии I. Ниже этой кривой располагается зона сплошного насыщения грунта водой (зона III).

Отложив вверх от кривой депрессии величину капиллярного поднятия воды и проведя прямые, параллельные кривой депрессии, получают зону сплошного капиллярного насыщения (зона II). Выше этой кривой располагается зона естественной влажности грунта (зона I).

 

Внешние нагрузки.

В качестве внешних нагрузок рассматриваются нагрузки от проходящих поездов и веса верхнего строения пути. И те, и другие нагрузки считаются статическими. Из-за протяженности (вытянутости в длину) земляного полотна и верхнего строения пути внешние нагрузки рассматриваются в виде полос.

За внешние нагрузки принимают эпюры нормальных давлений, действующих на основную площадку земляного полотна. При расчета основная площадка принимается горизонтальной (расчетную плоскость проводят через бровки основной площадки земляного полотна).

Эпюра поездных нагрузок принимается прямоугольной формы шириной, равной длине шпалы l_ш, и высотой (интенсивностью нагрузки) р₀ У железобетонных шпал длина 1_ш 2,70 м.Для перспективных условий эксплуатации, когда параметры подвижного состава и скорости движения неизвестны, считают:

где - допускаемое напряжение на основную площадку от поездной нагрузки; = 80 кПа для песчано-глинистых грунтов.

Эпюра нагрузок от веса верхнего строения пути имеет трапецеидальную форму (форму балластной призмы). Для упрощения расчетов ее также можно принять прямоугольной, эквивалентной по площади. При этом ширина эпюры равна средней ширине балластной призмы (b_вс = 4,60м при железобетонных). Высота эпюры равна Р_вс - вертикальной составляющей нормальных напряжений на основную площадку земляного полотна от собственного веса элементов верхнего строения пути. Р_вс зависит от типа верхнего строения: для пути с рельсами Р65 на железобетонных шпалах Р_вс = 17 кПа.

Для удобства расчетов внешние нагрузки обычно заменяются фиктивными столбами грунта. Высота фиктивных столбов грунта принимается:

от поездной нагрузки

от веса верхнего строения пути

где - удельный вес грунта (в I зоне).

Ширина фиктивных столбов грунта принимается равной ширине эпюр внешних нагрузок.

Полученные фиктивные столбы грунта, заменяющие внешние нагрузки, откладывают в масштабе на чертеже насыпи.

 

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (МИИТ)

Кафедра «Путь и путевое хозяйство»

 

 

Курсовой проект

По дисциплине «железнодорожный путь»

 

 

«РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ»

 

Выполнил:

студент группы СМТ – 311

Пархомчук Г.О.

Проверил:

Глазкова Л.В.

Москва 2015

Оглавление

Введение. 2

1. Выбор класса пути, конструкции, типа и характеристик верхнего строения пути на участке. 3

1.1. Класс и категория группы для данных эксплуатационных показателей. 3

2. Проектирование рельсовой колеи. 8

2.1 Рельсовая колея на прямых участках. 8

2.2. Особенности устройства рельсовой колеи на кривых участках. 9

2.3. Определение необходимой ширины рельсовой колеи в кривых. 9

2.4. Расчет возвышения наружной рельсовой нити в кривой. 13

2.5. Проектирование переходных кривых. 15

2.6. Увеличение междупутного расстояния. 17

3. Расчетные характеристики пути и подвижного состава. 19

3.1.Расчетные характеристики пути. 20

3.2 Расчетные характеристики подвижного состава. 21

3.3. Определение вертикальных динамических сил, действующих на рельс. 22

3.4. Нахождение изгибающих моментов М и давление на опоры Q. 29

3.5 Определение напряжений в элементах ВСП. 31

3.6. Действующие напряжения на основную площадку земляного полотна. 33

4. Устойчивость бесстыкового пути. 37

4.1. Расчет устойчивости бесстыкового пути: 40

4.2.Прочность бесстыковых рельсовых плетей: 41

4.3.Определение расчетных интервалов температур закрепления рельсовых плетей. 43

5. Проект пойменной насыпи мостового перехода. 46

5.1 Общие положения. 46

5.2. Расчетная схема. 47

5.3. Расчетные характеристики грунтов для каждой зоны насыпи и основания. 50

5.4. Внешние нагрузки. 51

5.5. Расчет устойчивости откосов насыпи. 53

 

Введение

Железнодорожный путь представляет собой комплекс инженерных сооружений и устройств, образующих дорогу с направляющей рельсовой колеей, предназначенной для движения поездов (подвижного состава). Он состоит из верхнего строения пути (рельсы, шпалы, рельсошпальные (промежуточные) скрепления, стыковые скрепления, балластный слой стрелочные переводы), нижнего строения пути (земляное полотно и искусственных сооружений – мосты, водопропускные трубы, тоннели и др.).

Этот вид транспорта наиболее приспособлен к транспортным перевозкам, функционирует днем и ночью независимо от времени года и атмосферных условий, что особенно важно для России, в связи с ее географическим положением.

По размерам грузооборота ж/д транспорт занимает в нашей стране первое место. Железные дороги имеют высокую провозную способность. На железных дорогах сравнительно небольшая себестоимость перевозок и высокая скорость доставки грузов.

Однако постройка железных дорог требует больших капитальных вложений, зависящих от топографических, климатических и экологических условий. Железные дороги по сравнению с другими видами транспорта в меньшей степени воздействуют на окружающую среду и имеют меньшую энергоемкость перевозочной работы.

Железнодорожный путь имеет множественное функциональное назначение:

· направлять движение колес подвижного состава (функция ВСП);

· обеспечивать пространственную устойчивость рельсовой колеи;

· воспринимать нагрузки от подвижного состава и передавать их наземную поверхность (функция и нижнего и верхнего строения пути);

· выравнивать земную поверхность, обеспечивать необходимый план и профиль рельсовой колее (функция нижнего строения пути).

От технического состояния железнодорожного пути зависят непрерывность и безопасность движения поездов, объемы перевозок, а также эффективность использования подвижного состава.

В свою очередь работа железнодорожного пути характеризуется весьма сложными условиями его загружения динамическими нагрузками подвижного состава и воздействиями природных факторов (суточные и годовые изменения температур и влажности, атмосферные осадки в виде дождей и снега, промерзание и оттаивание балласта и земляного полотна и др.).

Выбор класса пути,конструкции,типа и характеристик верхнего строения пути на участке

Верхнее строение пути – часть железнодорожного пути, предназначенная для восприятия нагрузок от подвижного состава и передачи на земляное полотно, а также для направления движения колес по рельсовой колее.

Верхнее строение включает в себя: рельсы, рельсовые скрепления, под рельсовые основания и балластную призму.