Конспект лекций по дисциплине: "Устройство железнодорожного пути" для специальности 08.02.10 "Строительство железных дорог, путь и путевое хозяйство"
методическая разработка
Автор: Хорошайлова Ирина Георгиевна, преподаватель первой категории, Железнодорожный техникум Нижегородского филиала МИИТ, город Нижний Новгород, Нижегородская область
В раздел среднее профессиональное образование
Тема: Устройство рельсовой колеи
1) Взаимодействие пути и подвижного состава
Путь и подвижной состав представляют собой единую механическую систему. Состав и части которой работают взаимосвязано и взаимозависимо. Силы, которые действуют от колеса на путь, в такой же степени действуют на колесо, а через него на другие элементы подвижного состава, для того чтобы взаимодействия пути и подвижного состава было наилучшим, существуют особенности устройства ходовых частей подвижного состава и особенности устройства рельсовой колеи.
Устройство ходовых частей подвижного состава
Колесные пары
Рис. 1
Тележки крепятся к кузову вагона с помощью шкворневого (коленчатого) соединения, благодаря которому тележки могут поворачиваться относительно кузова вагона, при вписывании в кривые участки пути. Колесные пары 1акрепляяются в тележках неподвижно, и сохраняют параллельность на протяжении всего движения в рельсовой колие. Жесткая база Полная база
Рис. 2
Расстояние между крайними осями экипажа, которые сохраняют параллельность при движении в прямых и кривых участках пути, называют
жесткой базой.
Чем длинее жесткая база, тем труднее экипаж вписывается в кривую, особенно малого радиуса. Расстояние между крайними осями подвижного состава, независимо от того закреплены в основной раме кузова или в рамах тележки, называют
полной
базой
экипажа.
Кроме
того
к
особенностям
устройства
ходовых
частей
подвижного
состава относят:
Тележка Кузов вагона
1. Наличие колесных пар 2. Насадку колесных пар на ось 3. Наличие гребней колес 4. Расчетный уровень 5. Коничность колес 6. Наличие зазоров Два колеса, глухо наложенных на одну ось называют
колесной
парой.
Глухая насадка колес на оси обеспечивает неизменность расстояния между колесами, глухая насадка колес необходима для того чтобы колесо не смогло принять наклонное к вертикале положение. Насадка обозначается (Т) – это расстояние между внутренними гранями колес. Величина насадки составляет 1440 ± 3 мм. Колеса подвижного состава имеют коническую форму поверхности катания. Коничность необходима для того чтобы обеспечить плавность движения колес и уменьшить их износ. Однако из-за коничности колес, рельс приходиться устанавливать в путь с подуклонкой.
Рис. 3 Очертание и основные размеры колес:
а – локомотивного, б – вагонного (штриховой линией показаны предельные износы колес) Гребень колеса сопрягается с поверхностью катания по кривой радиусом 15 мм у вагонов и 13,5 мм у локомотивов. Этот радиус близок к радиусу сопряжения поверхности и боковой грани головки рельсов. Это сделано для того, чтобы не допустить вкатывания колёс на рельсы. Далее идет коническая поверхность с уклоном 1/20, затем — 1/7 Переход коничности колёс от 1/20 к 1/7 сделан для облегчения их перекатывания с остряка на рамный рельс и с сердечника на усовик и обратно. У края колеса имеется фаска шириной и высотой 6 мм, необходимая для обеспечения свободного перекатывания колёс с одного элемента стрелки и крестовины на другой. При определении взаимного положения колёсных пар и рельсовой колеи устанавливается расчётный уровень, на котором измеряются необходимые размеры колёсных пар. Расчётный уровень принят на расстоянии 10 мм ниже поверхности катания, так как на этом уровне неизношенный гребень локомотивного колеса упирается в боковую грань головки рельса. По мере износа фактическое положение поверхности контакта меняется
незначительно, так как величина радиусов закругления головки рельса и сопряжения гребня с поверхностью катания колеса при износе мало меняется. Толщину гребней определяют также на расчётном уровне. От вершины гребня (как это принято в шаблонах для проверки гребней) уровень, на котором измеряют толщину гребня, отстоит на 18 мм для моторвагонного подвижного состава и пассажирских вагонов на 20 мм для локомотивов. При скоростях движения поездов до 120 км/ч толщина гребней не допускается более 33 мм и менее 25 мм, а при скоростях от 121 до 140 км/ч — более 33 мм и менее 28 мм.
Рис. 4 Соотношение размеров колесной пары и рельсовой колеи
g – толщина гребня. Гребни необходимы для того чтобы колеса не смогли сойти с рельсов и направлялись в своем движении рельсами. К – ширина колесной пары – это расстояние между рабочими гранями гребней колес. К min – 1489 мм. К max – 1511 мм. – это зазор между рабочей гранью гребня колеса и рабочей гранью головки рельса. Зазор δ необходим для уменьшения сопротивления движению поездов и износа рельсов и колёс, для предотвращения заклинивания экипажей при движении и вкатывания гребня колеса на головку рельса. При излишних размерах δ ухудшаются условия взаимодействия пути и подвижного состава; увеличивается угол удара при набегании колёс в прямых и при входе в кривые участки пути; ухудшаются условия комфортабельности езды (при больших значениях δ больше качка и виляние экипажей); быстрее расстраивается путь; требуется больше затрат на его техническое обслуживание. Зазоры между гребнями колес и рельсами могут меняться не только из-за наличия допусков в содержании колёсных пар и ширины колеи. В процессе движения гребни колёс вызывают упругие отжатия рельсов, которые доходят до 2...4 мм. Величина отжатия зависит от типа рельса, состояния скреплений и шпал, нагрузки на ось и скорости движения и т.п.
S – ширина рельсовой колеи – это расстояние между внутренними гранями головок рельса, измеренное на расстоянии 13 мм ниже поверхности катания. S = 1520 (+8 -4 мм)
СИЛЫ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ НА ПУТЬ.
1. Вертикальные силы – к ним относятся собственный вес, вес экипажа (эти силы постоянны), а также дополнительные вертикальные силы, возникающие от колебаний на рессорах от неровности пути и неровности на колесах, при движении подвижного состава. 2. Горизонтальные, поперечные и продольные силы. Горизонтальные и продольные силы – это силы участка пути. Горизонтальные и поперечные – это силы возникающие из-за виляния подвижного состава.
2) Устройство рельсовой колеи в прямых участках пути
Рельсовой колеей называют две геометрические линии, проходящие вдоль пути по внутренним граням головок рельса, на уровне их катания с гребнями колеи. Условно считают, что эти линии проходят по внутренним (рабочим граням) головок рельса на уровне, находящимся на 13 мм ниже их поверхности катания. При устройстве и содержании рельсовой колеи руководствуются основными параметрами колеи:
1.
По направлению в плане:
Нормой является содержание рельсовых нитей в плане без извилин. По направлению выравнивают в плане с помощью оптического прибора (опытные бригадиры «на глаз») одну рельсовую нить, называемой рихтовочной. Другую рельсовую нить, устанавливают по шаблону в пределах допуска по ширине колеи. На однопутных участках, рихтовочную нить необходимо менять через 3-5 лет, а на двухпутных, за рихтовочную принимают более устойчивую междупутную нить. стрела изгиба хорда 20 м
При
содержании
пути
в
плане
установлены
допуски
стрел
изгиба
рихтовочной нити:
1. При скорости до 120 км/ч – стрела изгиба не должна превышать более 8 мм. 2. При скорости 121-140 км/ч – более 6 мм. 3. При скорости 141 – 160 км/ч – более 4 мм
Стрела изгиба f
– это перпендикуляр от середины 20-ти метровой хорды до рабочей грани половины рельса рихтовочной нити.
2.
Ширина
колеи
– это расстояние между внутренними рабочими гранями рельса, измеренное ниже поверхности катания на 13 мм. Норма ширины колеи составляет 1520 мм. Допуск по ширине колеи по уширению и сужению соответственно +8, -4 мм. А при скорости 50 км/ч и менее, согласно +10, -4 мм.
При следующей ширине колеи запрещается движение поездов:
При ширине мене 1512 мм т.к происходит заклинание колесных пар; При ширине колеи более 1548 мм т.к начинается процесс проваливания колесных пар. Колесо сначала движется, опираясь на уклон 1: 7, при дальнейшем уширении переходит на фаску 6 на 6 мм. А при ширине колеи 1574 мм наступает плавное проваливание.
3.
Положение рельсовых нитей по уровню
Норма – верх головок рельсов обеих нитей пути на прямых должен быть в одном уровне. Допуск составляет +- 6 мм. Причем если сначала правый рельс выше левого на 6 мм, а затем левый выше правого на 6 мм, то минимальное расхождение между этими превышениями должно быть не менее 20 м. При меньшем расстоянии образуется перекос пути. При перекосе пути происходит обрушивание одного из колес вагона, что в сочетании с боковыми силами, может привести к сходу.
4.
Устройство и содержание рельсовых нитей по подуклонке
Для лучшего опирания колеса, основная поверхность катания которого имеет уклон 1/20, рельсы также ставят с подуклонкой 1/20 по отношению к верхней постели шпал. В прямых участках пути подуклонка достигается укладкой рельсов на металлические клинчатые подкладки. При железобетонных шпалах подуклонка рельсов обеспечивается соответствующей формой верхней постели шпалы. Подуклонка рельсов в прямых и наружной нити в кривых участках пути должна быть не менее 1/60 и не более 1/12, а внутренней нити в кривых при возвышении наружного рельса свыше 85 мм — не менее 1/30 и не более 1/12. Подуклонка существенно влияет на работу рельсов в пути. При переуклонке и разуклонке рельсов образуются сплывы металла головки и появляются сначала краснота, а затем и продольные трещины в местах сопряжения головки с шейкой, которые могут служить причиной излома рельсов легких типов. Если изменение подуклонки происходит медленно и головка рельса "приработалась" к очертаниям колес подвижного состава, то разрешается подуклонку рельсов не исправлять. Исключение составляют лишь наружные нити кривых, где подуклонка менее 1/60 не допускается.
3) Устройство рельсовой колеи в кривых участках пути
Ж/д путь кривых имеет следующие особенности:
1. Уширение колеи при радиусе менее 350 м. 2. Возвышение наружного рельса 3. Переходные кривые
4. Укороченные рельсы по внутренней рельсовой нити 5. Увеличение междупутных расстояний 1. На ж/д РФ установлена следующая ширина рельсовой колеи на кривых участках пути, мм: при радиусах 350 м и более 1520 мм при радиусах 349-300 м 1530 мм в т.ч. на железобетонных шпалах 1520 мм при радиусах 299 м и менее 1535 мм Переход от одной ширины колеи к другой должен быть плавным – 1 мм на 1 м пути, что соответствует уклону i = 0,001. При больших уклонах, ограничиваются скорости движения поездов, а при уклоне более 3 ‰ , путь закрывается для движения поездов. 2. Если в кривой установить обе рельсовые нити в одном уровне, то равнодействующая центробежной силы и силы веса будет отклоняться к наружному рельсу, перегружая его и соответственно разгружая внутренний рельс. Чтобы снизить боковое воздействие на рельсы наружной рельсовой нити, уменьшить перегрузку рельсов наружной нити, добиться равномерности износа рельсов обеих нитей и обеспечить пассажиров от неприятных воздействий, устраивают возвышение наружного рельса в кривой h. В этом случае экипаж на пути несколько наклоняется к горизонту: часть силы веса Н будет направлена внутрь кривой, т.е. в сторону, противоположную действию центробежной силы. Таким образом, наклон экипажа приводит к уровновешиванию центробежной силы. Это выравнивает воздействие на оба рельса. Возвышение определяется по следующей формуле:
h = 12,5
ср
,
мм где 12.5 – коэффициент, учитывающий комфортабельность езды пассажиров. v ср 2 – среднеквадратичная скорость поездов по данной формуле: v ср = пас ∗ пас ∗ пас ск ∗ ск ∗ ск гр ∗ гр ∗ гр пас ∗ пас ск ∗ ск гр ∗ гр где пас ск гр − вес N – их количество, V – их скорости Максимальное возвышение в кривой составляет 150 мм. Начальником ж/д предоставляется правил изменять полученные расчетом возвышения до 15 %, с учетом местных условий. Переход от одного возвышения к другому ( от возвышения наружного рельса) должен быть плавным с таким же уклоном как и отвод ширины колеи (т.е уширения) Отвод ширины колеи – это переход от одной нити колеи к другой.
3.
Переходные кривые
Если соединить непосредственно прямую с круговой кривой, то в точке их сопряжения внезапно возникнет центробежная сила, проявляясь в виде
резкого бокового толчка. Поэтому между прямыми и кривыми участками пути устраивают переходные кривые, которые должны обеспечить плавный постепенный переход от прямой к кривой, не допускающий возникновения внезапных сил. В пределах переходных кривых должен быть осуществлен плавный отвод возвышения наружного рельса и уширения колеи в круговой кривой. Допустимые уклоны отводов возвышения наружного рельса в кривой зависят от максимально допускаемой скорости движения поездов. При уклонах отвода возвышения более 3,2 мм/м движение поездов по кривой должно быть закрыто.
УСТРОЙСТВО РЕЛЬСОВОЙ КОЛЕИ В КРИВЫХ
ПО НАПРАВЛЕНИЮ В ПЛАНЕ
Рельсовая колея не должна иметь резких изменений стрел изгиба – это норма. Допуск определяется разностью смежных стрел изгиба, измеренных от середины 20-ти метровой хорды на круговых кривых в зависимости от радиуса: 1. При радиусе более 650 м – разность должна быть не более 8 мм 2. При радиусе 650 – 401 м – 10 мм 3. При радиусе 400 м и менее – 12 мм 4. В переходных кривых – 6 мм
f
2
f
1
f
3
f
– смежные стрелы изгиба
рис. 5
УСТРОЙСТВО ОТВОДОВ УШИРЕНИЯ КОЛЕИ И ВОЗВЫШЕНИЕ
НАРУЖНОГО РЕЛЬСА
При устройстве пути, при сопряжении прямых и кривых участков, устраивают отводы уширения колеи и возвышения наружного рельса. Но существуют случаи когда по местным условиям невозможно устроить переходную кривую или соединить две круговые кривые. Рассмотрим наиболее частые случаи сопряжения двух круговых кривых одного или разных направлений и устройство отводов в этих случаях: 1. Соединение двух круговых прямой вставкой: При отсутствии переходных кривых на близко расположенных кривых одинакового направления, нормальные отводы возвышения делают только в тех случаях если на прямой вставке укладывается длина обоих отводов и кроме того между концами этих отводов остается прямой участок длиной не менее 25 м без возвышения. Если длина прямой вставки для отвода
возвышения крутизной 0,001 недостаточен, отвод возвышения делают более крутым, но не круче 0,003. 2. Если прямого участка без возвышения не получается, на возвышении делается на всем протяжении прямой вставкой, причем оно должно быть равно возвышению на кривых если радиусы обеих кривых одинаковы. Если же радиусы различны, то большие возвышения уменьшаются с уклоном не более 0,001 на всем протяжении прямой вставки до меньшего возвышения. 3. Если две кривые одного направления и разного радиуса соединяются сопрягающей переходной кривой, то уклоны отвода ширины колеи и возвышения наружного рельса делают в пределах этой кривой от большего к меньшему. 4. Если сопрягающую кривую не удается устроить из-за стесненности условий, то отводы возвышения и уширения колеи делают в пределах кривой большего радиуса. Устройство отводов возвышения и уширения колеи при сопряжении кривых одного направления и разных радиусов без прямой вставки и сопрягающей переходной кривой. 5. Устройство отводов возвышения, при сопряжении обратных кривых при достаточной прямой вставки между ними. 6. Устройство отводов возвышения при сопряжении обратных кривых и недостаточной прямой вставкой между ними Если при сопряжении обратных кривых, длина прямой вставки недостаточная, то между концами отводов оставляют прямой участок длиной 15 м без возвышения, а отводы делают с уклоном до 0,003, так чтобы в начале круговой кривой возвышение было не менее половины полного. Во всех случаях, когда между кривыми одного или разных направлений, прямая вставка недостаточна, отвод возвышения и удлинения устанавливается начальником службы пути по предоставлению начальника дистанции.
ОСОБЕННОСТИ УСТРОЙСТВА ПУТИ В КРИВЫХ
ДВУХПУТНЫХ УЧАСТКАХ
В круговых кривых на двухпутных линиях увеличивают расстояние между осями путей по габаритным нормам. Это увеличение осуществляется разными способами. Один из способов заключается в том, что междупутное расстояние увеличивают с 4,1 м до 4,1+А 0 на прямых перед каждой переходной кривой введением дополнительных S-образных кривых. Этот способ применяют редко, так как на отодвигаемом пути появляется по две кривые с каждой стороны основной кривой. Другой способ (способ разных сдвижек) состоит в том, что принимают разные параметры С для переходных кривых наружного и внутреннего путей. Переходную кривую наружного пути устраивают обычным порядком, а параметр С переходной кривой внутреннего пути подбирают таким образом, чтобы сдвижка внутренней круговой кривой была равна.
Увеличение расстояний между осями в кривых:
Рис. 6
а — устройством S-образных кривых на примыкающих прямых; б — устройством переходных кривых разных параметров.
УСТРОЙСТВО ПУТИ В КРИВЫХ МАЛЫХ РАДИУСОВ
Если радиус настолько мал что максимально допустимая ширина колеи 1530 мм оказывается меньше минимально необходимой для вписывания подвижного состава, то в таких кривых резко появляется сопротивление движению и увеличивается интенсивность износа. Для обеспечение работы наружной нити, в таких кривых укладывают контррельсы, внутри колеи вдоль внутренней нити. В этом случае колесо упирается в контррельс, не распирая наружную нить. Желоб между контррельсом и внутренней нитью кривой должен быть не менее 60-85 мм, но из-за укладки контррельсов увеличивается сопротивление движению, поэтому практически их укладку применяют лишь в кривых радиусом 160 м и менее.
ОСОБЕННОСТИ
УСТРОЙСТВА
ПУТИ
НА
СКОРОСТНЫХ
УЧАСТКАХ
К таким участкам относят то, где скорость движения превышает 140 км/ч. Рельсы на таких участках должны быть Р65 или тяжелее. Эпюра шпал должна быть в прямых и кривых 2000 м. – 1840 шт/км, а в кривых радиусом 2000 м и менее – 2000 шт/км. Земляное полотно перед введением скоростного движения – оздоровляется, на нем не должно быть просадок и пучин. При появлении пучин отводы на них делают не круче 1мм на 1,5 м пути. Отвод уширения колеи и возвышение наружного рельса должен быть плавным на всей переходной кривой, но не круче 1 мм на 1,5 м пути. Возвышение наружного рельса в кривых определяют по формуле: h = 12.5 ср ∗ К где, К – коэффициент увеличения возвышения, учитывающий смещение центра тяжести экипажа в наружную сторону по отношению к оси кривой, принимаемой равной 1/2. В данном случае при сопряжении круговых кривых с параллельными участками или со смещением круговых кривых разных радиусов, обязательно устройство переходных кривых.
Длина переходной кривой определяется по формуле: L = 1500*h
Износ рельсов не должен превышать следующих значений:
Приведенный износ – 8 мм. Боковой износ – 6 мм. Стружка в стенке – 1 мм. Проваливание концов – 1,5 мм. В сварном стыке, местная неровность на поверхности катания и боковой рабочей грани после шлифовки не должно превышать 0,3 мм., что проверяется наложением металлической линейки длиной 1 м.
В раздел среднее профессиональное образование