Модернізація колії з укладанням рейкових плітей довжиною з блок-дільницю

Міністерство транспорту та зв’язку України

Українська державна академія залізничного транспорту

Кафедра Колія та колійне господарство

МОДЕРНІЗАЦІЯ КОЛІЇ З УКЛАДАННЯМ РЕЙКОВИХ ПЛІТЕЙ

ДОВЖИНОЮ З БЛОК-ДІЛЬНИЦЮ

Пояснювальна записка і розрахунки

до дипломного проекту

ДПБ 150.00.00

Розробив

студент

групи

спеціальність

2008

Зміст

Вступ

1. Описання дільниці колії ПЧ, проект поздовжнього профілю ділянки, що ремонтується, профіль розкладки рейкових плітей на дільниці

1.1 Поздовжній профіль

1.2 План лінії

1.3 Земляне полотно

1.4 Пасажирські платформи

1.5 Штучні споруди

1.6 Безстикова колія

1.7 Описання КМС

2. Техніко-економічне обгрунтування вибору конструкції колії

2.1 Вибір та побудова схем ремонтного циклу для варіантів, які порівнюються

2.2 Експлуатаційні витрати

2.2.1 Витрати по поточному утриманні колії

2.2.2 Річні витрати, які пов'язані з впливом типу рейок на питомий опір руху поїздів

2.2.3 Витрати на матеріали при поточному утриманні колії

2.2.4 Інші витрати

2.2 Порівняння варіантів

3. Перевірка можливості підвищення швидкостей руху поїздів за характеристиками міцності та стійкості верхньої будови колії

3.1 Умови роботи колії під поїздами і сили, які діють на колію

3.2 Основні передумови розрахунку колії на міцність і мета розрахунку

3.3 Методика розрахунку напруг в елементах верхньої будови коліі

3.4 Розрахунок безстикової колії на стійкість

3.4.1 Розрахунок за формулами проф.К.Н. Міщенко

3.4.2 Розрахунок по формулі С.П. Першина

3.4.3 Розрахунок по емпіричній формулі Е.М. Бромберга

3.4.4 Розрахунок безстикової колії на міцність

3.5 Визначення температурних умов укладання і експлуатації безстикової колії

4. Розробка робочого технологічного процесу виконання модернізації колії

4.1 Загальні положення

4.2 Розрахунок основних параметрів технологічного процесу

4.2 Визначення необхідної кількості господарчих поїздів і їх довжини для розташування на станції накопичення

4.4 Визначення необхідної тривалості „вікна"

4.5 Графік виконання робіт у „вікно” і їх розподіл по днях виконання

4.6 Технологічний процес модернізації ремонту безстикової колії на залізобетонних шпалах з попередньою заміною рейкових плітей, із застосуванням щебенеочисної машини ЩОМ, колієукладачів УК-25/18, виправно-підбивно-обробної машини ВПО-3000 та інших машин і механізмів

4.6.1 Організація робіт

4.6.2 Розрахунок відомості витрат праці по технологічному процесу

5. Економічна частина

5.1 Визначення кошторисної вартості модернізації верхньої будови колії

6. Розрахунок виправки існуючої збитої кривої з використанням графіка стріл кривизни

7. Охорона праці

7.1 Характеристика ділянки колії, що підлягає ремонту

7.2 Потенційні небезпеки, що виникають на ділянці ремонту

7.2.1 Вимоги безпеки при наявності рухомого складу

7.2.2 Вимоги безпеки при можливості ураження електричним струмом

7.2.3 Вимоги безпеки при вантажно-розвантажувальних роботах

7.2.4 Вимоги безпеки при використанні колійного інструменту

7.2.5 Заходи з безпеки при виникненні на фронті робіт шкідливих факторів

7.3 Розрахунок захисного заземлення

Вступ

Головною метою робітників колійного господарства є забезпечення безпечного та безперебійного прямування поїздів з встановленими швидкостями.

Всі елементи залізничної колії (земляне полотно, верхня будова, штучні споруди) по тривалості, усталеності та стану повинні забезпечувати плавне прямування поїздів з найбільшими швидкостями для даної ділянки. Їхню справність забезпечують дистанції колії, колійні машині станції, колійно-зварювальні підприємства, дорожні і дистанційні майстерні.

Головною метою колійного господарства є виконання сукупності робіт, для надійного функціонування колії та її улаштування з найменшими витратами.

Для здійснення цієї мети необхідно систематично контролювати стан колії, якісно виконувати колійні роботи по утриманню і ремонтам колії.

Найбільш складним і трудомістким із усіх видів ремонтів колії є модернізація.

Для досягнення ефективного результату при модернізації, необхідно організувати чітку взаємодію всіх ділянок виробничого процесу, що може бути досягнуте при старанно розробленому організаційно-технологічному проекті. Основними частинами модернізації колії є визначення порядку робіт, що підлягають виконанню, витрат праці на їхнє виконання; видів, типів та кількості колійних машин, організація їхньої роботи.

Розробка технологічного процесу з визначенням необхідної тривалості „вікна" для виконання основних робіт, чисельності робочих, кількості матеріалів, розподілення робіт технологічного процесу по досягнутому рівню механізації робіт, виробітку на годину „вікна".

Дипломний проект розробляється комплексним методом і передбачає розрахунок модернізації колії з укладанням ланок безстикової колії.

Цей проект передбачає розробку організаційно-технологічних рішень для ефективного і якісного виробництва на базі упровадження високопродуктивних методів, засобів організації робіт і високопродуктивної техніки, досягнень трудових колективів мережі залізниць.

1. Описання дільниці колії ПЧ, проект поздовжнього профілю ділянки, що ремонтується, профіль розкладки рейкових плітей на дільниці

В даній дипломній роботі необхідно виконати модернізацію колії на дільниці Харків-пас - Покотилівка (783-792 км).

Довжина відрізку колії, яка підлягає ремонту, складає 10 км, дільниця двоколійна, ремонтується парна колія.

Дільниця розміщена в межах дистанції колії, електрифікована, обладнана автоблокуванням.

Система руху на дільниці: вантажна і пасажирська.

Локомотиви, які знаходяться в обігу на дільниці 2ТЕ - 116; ЧС-2,7; ЕР-2; ВЛ-11.

Існуюча швидкість на дільниці: до 80 км/год вантажних і до 100 км/год пасажирських.

Мінімальний радіус кривої - 550 м.

Максимальний нахил - 13,0 ‰. .

Верхня будова колії:

рейки типу Р 65;

шпали залізобетоні, дерев’яні; тип скріплення: КБ, ДО, КПП;

баласт щебеневий, товщина під шпалою 50 см.

На ділянці, яка підлягає модернізації лежить безстикова колія на залізобетонних шпалах, є ділянки колії на яких лежить і ланкова колія.

Пасажирські платформи: 3 шт на з. п.

Труб: 6 шт на 787, 789, 791, 792+20,792+42,792+91 км.

Міст: 785 км.

Протяжність: насипів 7400 м;

виїмок 2600 м.

В плані колія має вираз: прямих 7065 м;

кривих 2935 м.

Існуюча характеристика верхньої будови колії взята з технічного паспорту дистанції колії і по матеріалам вишукувальних робіт дорожньої геобази.

При встановленні проекту модернізації колії були використані такі матеріали:

а) будівельні норми і правила БНіП 11-39-76;

б) технічні вказівки на проектування КРК Транспорт 1984р;

в) технологічні процеси по модернізації безстикової колії на залізобетонних шпалах. М. Транспорт 1973р;

г) „Про середні норми витрат щебеню при улаштуванні баластної призми по новим профілям";

д) Інструктивні вказівки МШС „Про порядок надання i використання „вікон”, які передбачаються в графіку руху поїздів для ремонтних i будівельних робіт на залізницях”.

1.1 Поздовжній профіль

Проектування поздовжнього профілю виконувалось у відповідності з технічними умовами проектування (БНіП-ІІ-39-76) та умовами виконання робіт на існуючому земляному полотні при цьому:

а) керуючий нахил прийнято існуючий;

б) мінімальна довжина елементів проектування поздовжнього профілю 100 м.;

в) радіуси кривих прийнято згідно наданого поздовжнього профілю.

г) точки переломів поздовжнього профілю розташовані поза перехідними кривими на відстані від їх кінців, а також кінців без баластних прольотних побудов мостів і кінців стрілочних переводів менше ніж 5м. На кожну тисячну алгебраїчної різниці спрягаємих нахилів при спряганні кривих радіусом 10000 м і не менше 2,5 м на кожну тисячну при кривих радіусом 5000 м.;

д) проектні нахили близькі до натуральних.

Поздовжній профіль запроектований з урахуванням:

а) товщини існуючого баластного шару під шпалою;

б) усунення різниці в рівнях суміжних колій з доведенням до норми БНіПа не більше 150мм, за винятком того, де за домовленістю зі Службою колії ПЗ не складена часова різниця в висоті головок рейок парної і непарної колії більше 150 мм, яка буде ліквідована при наступних ремонтах і поточному утриманні колії;

в) висота підвіски контактного дроту;

г) по станціям, на підходах до залізобетонних мостів, під шляхопроводами запроектовані підрізки баластного матеріалу з метою зберігання висотного габариту платформ, конструктивним міркуванням штучних споруд, а також в місцях викривлення профілю, де влаштування вирізок викликає невиправдано великі об'єми робіт.

1.2 План лінії

План лінії розраховано по способу інженера Гонікберга І.В. з використанням програмованих мікрокалькуляторів і EOM. Проектування плану виконувалось з умови мінімально-можливих рихтовок і розміщення кривих в межах земляного полотна (опор контактної мережі) зі зберіганням існуючої ширини узбіччя.

Підвищення зовнішньої рейки в кривих розраховано по середньозваженій квадратичних швидкостей руху всіх категорій поїздів, які обертаються на даній ділянці.

1.3 Земляне полотно

Поперечні профілі земляного полотна запроектовані відповідно до „Альбому типових поперечних профілів баластної призми”, складеного y відповідності з наказом 18/ЦЗ від 30 березня 1978 року.

По всій ділянці капітального ремонту колії по земляному полотну передбачені роботи по зрізці узбіччя. Баласт в місцях підрізки i відходи від очистки щебеню видаляють за межі земляного полотна.

1.4 Пасажирські платформи

На ділянці модернізації колії ремонтується три платформи:

Вирізаний забруднений щебінь видаляється зі станції з завантаженням на платформи грейферним краном у спеціальні додаткові „вікна”. Вартість робіт з перевлаштування платформ включена до вартості одного кілометра ремонту колії.

1.5 Штучні споруди

Штучні споруди, які знаходяться на ділянці модернізації, залізобетонні мости і труби не перевлаштовуються.

1.6 Безстикова колія

Укладання рейкових плітей безстикової колії на ділянці ремонту виконується під час модернізації колії з укладкою інвентарних рейок типу P65 довжиною 12,5 м на роздільному скріпленні марки КБ, залізобетонних шпал з епюрою 1840-2000 шт/км на щебеневому баласті товщиною 50 см.

Загальна протяжність ділянки модернізації колії 10000м, з них: безстикової колії - 10000 м.

Розрахунок довжини рейкових плітей виконаний відповідно до перевірки, яка була здійснена перед модернізацією колії.

Кінцева довжина рейкових плітей визначається натурним проміром після укладки інвентарних рейок і виправки колії в плані і профілі. Всього на ділянці передбачено укласти 13 пар рейкових плітей і 9 комплектів ізолюючих стиків, з яких 9 комплектів клеєболтових.

Розрахунком передбачається укладання рейкових плітей безстикової колії температурно-напруженого типу в прямих і кривих R 1200, 1000, 800, 600 м без сезонної розрядки напруг.

При з'єднанні рейкових плітей між собою і ланковою колією необхідно суворо дотримуватися ТБ. Зварювання рейкових плітей безстикової колії виконується електроконтактним засобом на РЗП-ІІ ст. К з послідуючим транспортуванням до місця укладки. Укладка безстикової колії повинна виконуватися з дотриманням потреб ПТЕ, інструкцій і технологічних процесів.

Контроль за правильністю укладки безстикової колії покладається особисто на ПЧ і виконавця робіт КМС.

В робочому проекті передбачається, як варіант, укладання плітей довжиною більше 800м.

Клеєболтові стики передбачаються в робочому проекті вклеєними в рейку довжиною 12,5м.

1.7 Описання КМС

КМС, яка буде виконувати модернізацію колії має в своєму розпорядженні слідуючі лінійні підрозділи:

ланкозбиральну базу;

колійну колону.

Ланкозбиральна база включає:

одну комплексну бригаду по збиранню колійної решітки у складі 30 чоловік;

одну спеціалізовану бригаду з ремонту шпал в шпалоремонтних майстернях у складі 9 чоловік;

одну спеціалізовану бригаду з поточного утримання колії в складі 5 чоловік;

лінії реставрації старопридатної решітки на залізобетонних шпалах - 14 чоловік.

Колійна колона включає 3 спеціалізованих бригади по капітальному ремонту колії загальною чисельністю 83 чоловік.

Колійна машинна станція має в своєму розпорядженні такі машини i механізми:

1. Колієукладальний кран УК 25/18 - 3 шт.

Вони призначені для укладання в колію нових ланок або розбирання старої колії. При укладанні чергова ланка захвачується траверсою i крановим візком піднімається з платформи, виноситься вперед i опускається на баластну призму. Після стикування опущеної ланки з раніше укладеним, кранові візки повертаються для захвату слідуючої ланки. При розбиранні старої колії цикл виконується у зворотній послідовності.

2. Моторні плaтформи - 5 шт.

Вони використовуються для перевезення пакетів ланок в межах фронту робіт i для перетяжки ланок вздовж потягу. Кількість платформ, які входять в комплект колієукладальника, визначається довжиною ділянки колії, яка підлягає розбиранню або укладанню, та кількістю ланок в кожному пакеті.

3. При завантаженні i розвантаженні залізобетонних шпал, рейок i скріплень та інших матеріалів використовують стріловий повно - поворотний залізничний кран КДЕ-251 вантажопідйомністю при стрілі 15м - 25т.

4. Кран боковий навантажувальний ПКД.

5. Козловий кран КДКК - 10 - 5 шт.

B колійній машинній станції є також інші будівельні i загальнотранспортні машини. Для перевезення монтерів колії до місця роботи i назад шиpоко використовуються автомобільний транспорт - автобуси та спеціально обладнані для перевезення людей i інструментів автомашини.

Навантаження щебеню на рухомий склад зі складів баластних матеріалів виконується екскаватором з ковшом 1-1,5 м ³.

Сумарна кількість робітників 184 чоловік.

2. Техніко-економічне обгрунтування вибору конструкції колії

Техніко-економічне обгрунтування ефективності впровадження нових конструкцій колії виконується з урахуванням вантажонапруженості, категорії колії та елементів верхньої будови колії.

Якщо елементи, які порівнюються, або конструкції колії в цілому відповідають вимогам оволодіння вантажообігу, то їх подальшу оцінку проводять за терміном окупаємості початкових капітальних вкладень. Безсумнівно, при порівнянні варіантів, до наступної розробки приймається варіант більш економічний за першопочатковими капіталовкладеннями. Але цей виграш на протязі 3-5 років може бути перекритий послідуючими витратами на експлуатацію колії з неекономічним (за першопочатковими витратами) варіантом. Тому оцінку пропонуємих до розгляду конструкцій ведуть з урахуванням витрат як на укладку колії, так і на подальшу iї експлуатацію і необхідні ремонти до наступного капітального ремонту.

Не менш важливе значення при оцінці розглядаємих елементів колії мають такі фактори, як термін служби елементів колії, їх собівартість (доля витрат, яка приходиться на 1 млн. т∙км роботи), трудові та матеріальні витрати на укладання і утримання колії, витрати часу на укладання колії, які викликають затримки поїздів, витрати рухомого складу для виконання робіт по перевезенню елементів колії для ремонту i утримання.

2.1 Вибір та побудова схем ремонтного циклу для варіантів, які порівнюються

Техніко-економічна оцінка укладання верхньої будови колії виконується для двох варіантів:

І варіант: рейки типу Р65,шпали залізобетонні, баласт щебеневий, конструкція колії - ланкова;

II варіант: рейки типу Р65, шпали залізобетонні, баласт щебеневий конструкція колії - безстикова.

Вантажонапруженість Г_о = 25, 4 категорія колії - для oбох варіантів. По І варіанту: міжремонтний тоннаж між двома модернізаціями Т=700. Міжремонтна схема: М₁ - КО_р1 - С_{р1 -} КО_р2-М₂, які виконуються через

КО_р1 - 175^, С_Р1 - 350, КО_р2 - 525, М₂-700

Рік експлуатації, на який буде виконуватися кожен з ремонтів колії після першого капітального ремонту розраховуеться по формулі

, (рік), (2.1)

де Ti - міжремонтний тоннаж кожного I - го ремонту, ;

Го - вантажонапруженість ділянки, яка підлягає ремонту

Го = 25.

Т_кор1 = 175/25 ≈ 7 (рік);

Т_CP1 = 350/25 ≈ 14 (рік);

Т _кор2 = 525/25 ≈ 21 (рік);

Т_CP2 = 700/25 ≈ 28 (рік).

По ΙΙ варіанту: міжремонтний тоннаж між двома модернізаціями

Т ^ІІ _мк = 800.

Міжремонтна схема: М₁ - КО_р1 - С_Р1 - КО_р2 - С_{р2 -} М₂,кожен з яких буде виконуватися через

КО_р1 - 160 ,

С_р1 - 320,

КО_р2 - 480

С _{р2 -} 640,

М_{2 -} 800.

По року експлуатації

Ткор1 = 160/25 ≈ 7 (рік);

Тср1 = 320/25 ≈ 13 (рік);

Ткор2 - 480/25 ≈20 (рік);

Тср2 = 640/25 ≈ 26 (рік);

Тмп2 = 800/25 ≈ 32 (рік).

Схеми міжремонтного циклу для двох варіантів приведені на рисунку 1.

Рисунок 1 - Міжремонтні схеми проведення модернізації колії

Так як у І та ІІ варіантах раніше настає періодичність проведення ремонтів по роках ніж за пропущеним тонажем, тому для порівняння варіантів приймаю періодичність проведення ремонтів за роками. (І варіант - 25р., ІІ варіант - 30р).

2.2 Експлуатаційні витрати

Річні експлуатаційні витрати для кожного з варіантів розраховуються по формулі

Срі=Сзп+Сw+См+Сін, (2.2)

де Сзп - витрати на утримання контингенту робітників пр поточному

утриманні колії, грн/рік;

Cw - витрати, пов'язані з основним опором руху поїздів, грн/рік;

См - витрати на матеріали при поточному утриманні колії, грн/рік;

Сін - інші експлуатаційні витрати, грн/рік.

2.2.1 Витрати по поточному утриманні колії

Витрати по поточному утриманні колії для кожного з розглядаємих варіантів і всіх величин вантажонапруженості, при яких змінюється Нтаб визначаються за формулою

Сзп = 12 ∙ 1,51 ∙ Р ∙ Нтаб, (2.3)

де 12 - кількість місяців у році; 1,51 - коефіцієнт, який враховує нарахування у фонд заробітної плати; Р - середньомісячна заробітна плата, приймається - 1500 грн; Нтаб - приймається в залежності від верхньої будови колії по варіантам:

Н^І_Таб = 0,59 чол/км; Н^ІІ_Таб =0,50 чол/км;

С^І_ЗП = 12 ∙ 1,51 ∙ 1500 ∙ 0,59 = 16036,20 (грн/рік);

С^ІІ_ЗП= 12 ∙ 1,51 ∙ 1500∙0,50= 13590,00 (грн/рік).

2.2.2 Річні витрати, які пов'язані з впливом типу рейок на питомий опір руху поїздів

Річні витрати, які пов’язані з впливом рейок на питомий опір руху поїздів визначаю за формулою

Wо = , кг/т, (2.4)

де Р - тиск від колеса на рейку, приймаю 11500 кг; U - модуль пружності колії, (UΙ = 400 кг/см, UΙΙ = 800 кг/см); k - коефіцієнт відносної жорсткості рейкової основи і рейки, (k=0,016 см - ¹); r - параметр розсіювання енергії у конструкції колії (приймаю r _Ι = 27, r_ΙΙ = 16);

Wo =  = 0,1242 (кг/т);

Wo =  = 0,0184 (кг/т).

Механічна робота локомотива при виконані ним перевізної роботи в 1млн. т∙км. бр на одному кілометрі колії, яка викликається опором руху, розраховується по формулі

Ao = Wo,; (2.5)

Ао^І = 0,1242.10³ = 124,2 ;

Ао .

Загальні витрати на питомий опір руху при виконані перевізної роботи, яка дорівнює вантажонапруженості ділянки, розраховується по формулі

СW = Емех,грн/км колії, (2.6)

де Емех - витрати на 1000 т∙км механічної роботи і ремонт ходових частин рухомого складу, (Емех = 390грн);

Гср - середньорічна вантажонапруженість ділянки у млн. ткм. бр на

1 км колії, Гср = 25;

Cw^І = 390 грн/км;

Cw^II = 390 грн/км;

2.2.3 Витрати на матеріали при поточному утриманні колії

Витрати на матеріали при поточному утриманні колії розраховуються по формулі

См, грн, (2.7)

де Qі - кількість матеріалів, які витрачаються;

Ці - ціна цих матеріалів, грн.

Перелік необхідних матеріалів при поточному утриманні колії, їх кількість, ціна та загальна вартість по обом варіантам наведена у таблиці 2.1

Таблиця 2.1 - Відомість витрат матеріалів при поточному утриманні колії та їх вартість

Найменування матеріалів _	Одиниця виміру	Витрати матеріалів при пот. укл. колії		Вартість одиниці		Загальна Вартість
		Ι	ΙΙ	Ι	ΙΙ	Ι	ΙΙ
Рейки старопридатні	шт	2	1	5383	5383	10766	5383
Накладки (рейки 25м)	т	0,095	0,030	3662	3662	347,66	10986
Болти з гайками	т	0,02 1	0,002	7879	7879	165,46	15,75
Підкладки	т	0,052	0,052	3870 1440	3870	201,24	201,24
Клеми жорсткі	т	0,002	0,002	3693	3693	7,386	7,386
Болти клемні з гайками	т	0,023	0,023	7491	7491	172,29	172,29
Втулки ізолюючі	шт	100	100	5,50	5,50	550	550
Прокладки під підкладки гумові	шт	100	100	18,80	18,80	1880	1880
Шпали залізобетонні	шт	3	3	138,64	138,64	415,92	415,92
Баласт щебеневий	мз	15	15	105,13	105,13	1576,95	1576,95

 грн;

= 10312,39 грн. .

2.2.4 Інші витрати

Інші витрати складаються з витрат на паливо, електроенергію для освітлення, шліфовку рейок, наплавку рейкових кінців, ремонт шпал та інші потреби

С, грн.; (2.8), С грн;

С грн;

Ср¹ =16032, 20+1218,95+16083,13+4817,89 = 38156,17 грн/рік

Ср² = 13590,0+179,40+10312,39+3585,35 = 27667,14 грн/рік.

2.2 Порівняння варіантів

Порівняння варіантів виконується графічно з урахуванням витрат на поточне утримання колії і вартості ремонтів по вибраній схемі.

Рисунок 2 - Схема порівняння варіантів

Виходячи з розрахунків витрат на експлуатацію та ремонти колії роблю висновок, що другий варіант з укладанням безстикової колії є більш економічно ефективним, потребує менших витрат матеріалів та фінансів. Із схеми порівняння варіантів, приведеної на рисунку 2.2, видно, що термін окупності варіанту з безстиковою колією складає на 12-й рік експлуатації. Тому для проведення ремонту приймаю другий варіант.

3. Перевірка можливості підвищення швидкостей руху поїздів за характеристиками міцності та стійкості верхньої будови колії 3.1 Умови роботи колії під поїздами і сили, які діють на колію

Колія і рухомий склад являють собою єдину механічну систему, складові

частини якої працюють взаємопов'язано та взаємозалежно.

Сили, які передаються від колеса на рейку, також діють на колесо, а через нього на інші елементи рухомого складу.

Будь який екіпаж складається з непідресорної частини і надресорної будови. Обидві ці частини при руху екіпажів утворюють коливання. Розрізняють слідуючі види коливань рухомого складу: поперечна качка, підскакування, поздовжня качка, посмикання, боковий відкос, коливання.

Під час руху електровозів, вагонів, тепловозів дія коліс на рейки складається з власної ваги екіпажу, яка приходиться на дане колесо (статичне навантаження), а також з ряду додаткових сил. Додаткові сили виникають від коливань надресорної будови та непідресорних мас, від додаткового навантаження, які з'являються при русі колеса, що має нерівності.

Коли екіпаж стоїть на рейках і не рухається, дію його коліс на рейки називають статичною. В цьому випадку всі додаткові сили дорівнюють нулю.

Статичне навантаження коліс на рейки являє собою вагу даного екіпажу, яка приходиться на це колесо.

Складні коливання надресорної будови приводять до виникнення додаткових сил, які передаються на колесо. Ці сили можуть бути направлені вниз або вверх. Заздалегідь ці додаткові сили, викликані коливанням на ресорах, підраховують, помножуючи додатковий прогин pecop Z на їх жорсткість Ж (Рр = Z • Ж). Жорсткістю ресор називають таку силу, яку потрібно прикласти до ресори, щоб забезпечити її прогин на 1 мм.

Додаткові сили також виникають при перекочуванні по нерівностям. Розрізняють короткі (довжиною до 200мм) і довгі нерівності. До коротких відносять нерівності, по яким колесо перекочується, не торкаючись дна нерівності. В цьому випадку виникає ударна сила. Якщо ж колесо котиться по контуру нерівності, то таку нерівність називають довгою.

В розрахунок колії на міцність вводять безударні динамічні сили, які виникають при перекочуванні коліс по довгим нерівностям.

Якщо по гладкій рейці буде котитися колесо, яке має нерівності на поверхні катання, то це приведе до виникнення нових сил, які будуть діяти на колію. Розрізняють два типи нерівностей на колесах: ізольовані і безперервні.

Знаючи всі вертикальні сили, які діють на колію від рухомого складу, не можна просто скласти їх і таким чином знайти їх рівнодіючу. Справа в тому, що розглядані вертикальні сили мають різну природу і свої особливості. Постійна у часі лише сила статичної дії.

Додаткові сили, які властиві лише паровозам, змінюються періодично. Змінні ж сили від коливань на ресорах і від наявності нерівностей на колії і на колесах мають випадковий характер.

При цих умовах брати в розрахунок силу максимальних значень всіх сил невірно, тому що важко припустити, що в один і той же момент в одному і тому ж місці колії ці сили виникають одночасно. Якщо б навпаки приведеним міркуванням почали брати суму всіх максимальних сил для розрахунку колії на міцність, то треба було б створювати конструкцію колії з великим запасом міцності, яка нічим би не пояснювалась. У цих випадках застосовують теорію імовірності. Теорія імовірності дозволяє знайти у випадковому сполученні сил те найбільше їх значення, яке буде достатньо імовірним. Якщо до середнього значення діючих сил додати 2,5 середнього квадратичного відхилення змінних випадкових сил, то знайдене сумарне число може бути перевищено з імовірністю всього 0,6%.

3.2 Основні передумови розрахунку колії на міцність і мета розрахунку

При розрахунках колії на міцність прийняті наступні вихідні основні положення та допуски: розрахункові формули для визначення напруг в елементах колії та пружніх просадок основані на теорії вигину рейок у вертикальній площині як балка, яка лежить на суцільній пружній основі; формули для визначення напруг вигину в рейці, а також для визначення тисків на шпалу, баласт і земляне полотно, які виникають під дією зовнішнього нерухомого (статичного) навантаження, залишаються справедливими і при дії зовнішньої, яке швидко змінюється (динамічне) навантаження, т. б. вплив непружніх опор, коливань і швидкості розповсюдження деформації в рейці не враховується; облік дії горизонтальних поперечних сил, вплив позацентрового прикладання вертикальних сил і піднахилів рейок здійснюється помноженням розрахункових осьових напруг в підошві рейки, які викликані вигином вертикальних сил, на коефіцієнт f, який більше одиниці; в основу розрахунку покладена гіпотеза про лінійну залежність між тиском на одиницю площі основи шпали та величиною його пружньої просадки під цим тиском; особиста вага рейки, скріплень та шпал внаслідок цілком незначного впливу цієї ваги на напруги в елементах колії не враховується; при визначенні напруг в елементах колії від дії вертикальних навантажень в динаміці прийнято, що на розрахунковому колесі, тобто колесі, яке стоїть на розглядаємому зрізі, діє найбільше реальне навантаження, а на інших, суміжних з розрахунковим колесом - навантаження середньої величини.

Мета роботи: розрахунок верхньої будови колії на міцність та стійкість.

3.3 Методика розрахунку напруг в елементах верхньої будови коліі

Найбільші нормальні напруги у кромках головки рейки визначаються по формулі

σкг = , (3.1)

де σ_кг - найбільші нормальні напруги у кромках підошви рейки;

σ_{кп = , (}3.2)

де М_дин - величина вигинаючого моменту в розрахунковому зрізі при динамічній дії навантаження, кг∙см; Wn - момент опору поперечного зрізу по низу підошви рейки, см³; f - коефіцієнт обліку горизонтальних сил на рейку, f = 1,32; Zr - відстань від горизонтальної нейтральної осі інерції поперечного зрізу рейки до найбільш віддалених волокон головки рейки, см; Zn - теж до найбільш віддалених волокон підошви рейки, см; В_Г - ширина головки рейки по верху, см; Bn - ширина підошви рейкипо низу, см. Вигинаючий момент в розрахунковому зрізі визначається по формулі

, (3.3)

де - коефіцієнт відносної жорсткості основи i рейки, см^-1;

, (3.4)

де - модуль пружності підрейкової основи, кг/см²;

- модуль пружності рейкової сталі, =2,1.10⁶ кг/см²;

- момент інерції, см⁴;

-одиночна сила, еквівалентна дії системи сил, кг.

;

 (3.5)

де  - розрахунковий імовірний максимум тиску колеса в розрахунковому зрізі, кг;

 (3.6)

де  - середній тиск колеса на рейку, кг;

- нормуючий множник,

S - середньоквадратичне відхилення;

 (3.7)

де - статичне навантаження від колеса на рейку, кг;

 - середня величина додаткового тиску;

, (3.8)

де - максимальна величина стискування ресорів, що визначається за формулою;

- жорсткість ресорного комплекту, віднесеної до колеса.

 (3.9)

 (кг);

 (кг).

Величина середньоквадратичного відхилення (S) визначається з виразу

S = , (3.10)

де - відсоток коліс, які мають ізольовані нерівності на колесі, від загальної

кількості коліс, = 5%;

- середньоквадратичне відхилення змінної сили , кг;

; (3.11),

 (кг);

- середньоквадратичне відхилення інерційної сили Рн. п., кг;

; (3.12)

або ;

, (3.13)

де β - коефіціент, який враховуе тип рейки, для Р65 - β= 1; γ - коефіціент, який враховуе рід баласту. Для щебеню γ= 1,0; ℓ - відстань між осями сусіднік шпал, ℓ = 55 см;  - непідресорена вага, яка приходиться на одне колесо, кг; Е - коефіціент обліку матеріалу шпали, для залізобетонних шпал Е=0,322;  - коефіціент, рівний відношенню коефіціентів, які враховують відношення мас коліс, які коливаються, та колії. Для колії з залізобетонними шпалами .

- середньоквадратичне відхилення реакцій на шпалах за нерівності

опор, кг;

; (3.14), ;

 - середньоквадратичне відхилення інерційної сили , кг;

; (3.15), ; (3.16)

де y - додатковий прогин рейки, y= 1,47;

 - коефіціент обліку опорів мас, які коливаються, = 0,403;

α₁ - глибина ізольованої нерівності на колесі, α ₁ = 2/З α, α ₁= 0,047 см;

;

;

 - середньоквадратичне відхилення сили , кг

; (3.17)

, (3.18)

де К₀ - для електровозних коліс К_о = 0,231;

d - діаметр коліс, d = 105 см;

;

;

.

Ординати лінії впливу вигинаючого моменту у розрахунковому зрізі визначаються за формулою

µі = t ⁽cos kxi - sin kxi), (3/19)

де хі - відстань між розрахунковими зрізами.

Розрахункові схеми для визначення величин еквівалентного навантаження Рекв приведені на рисунку 3.

Рисунок 3 - Розрахункова схема для визначення величин еквівалентного навантаження

а) Р^І_екв; б) Р^ІІ_екв.

;

σкп = ;

σкг = .

Нормальна напруга під підкладкою на поверхні шпали визначається по формулі

σш = , (3.20)

д е  - площа підкладки, см².

Напруги на поверхні баласту під нижньою постелю шпали визначається по формулі

σб =, (3.21)

де  - ефективна опорна площа напівшпали з урахуванням їі вигину, см²;

Q - величина тиску на напівшпалу в підрейковому зрізі, кг;

Q = , (З.22)

де l - відстань між вісями шпал, l= 50 см; Р^ІІ_{екв -} еквівалентна одиночна вертикальна сила, до якої зведена дія колісних навантажень при визначенні величини тиску на шпалу, кг;

, (3.23)

де  - ординати лінії впливу для вертикальної поперечної сили в

розрахунковому зрізі, які розміщені під вісями, що навантажують рейку;

 =  (cos кхi + sin кхi); (3.24)

;

σш = ;

σб =.

Розраховані напруги в елементах верхньої будови колії не перевищують допустимих напруг, величини яких приведені у методичних вказівках до дипломного проектування № 3166. Виходячи з цього роблю висновок, що потужність верхньої будови колії відповідає тим навантаженням, які діють на залізничну колію в даних конкретних умовах експлуатації.

3.4 Розрахунок безстикової колії на стійкість

Умови стійкості безстикової колії проти викиду визначаються значенням критичних стискаючих сил в рейкових плітях. Величина критичної сили може бути підрахована за формулами К.Н. Міщенко, С.П. Першина або визначена за експериментальними даними (графіками або емпіричними формулами) Е.М. Бромберга.

3.4.1 Розрахунок за формулами проф.К.Н. Міщенко

Професор К.Н. Міщенко, застосувавши енергетичний метод, розробив теоретичні основи розрахунку стійкості безстикової колії з урахуванням реальних умов його роботи. Користуючись розробленою теорією розрахунку, він запропонував спрощені розрахункові формули. Стійкість безстикової колії в горизонтальній площині на прямій перевіряється по формулах

; (3.25), . (3.26)

Стійкість безстикової колії в горизонтальній площині на кривій ділянці шляху перевіряється по формулах

; (3.27), , (3.28)

де  поздовжня стискаюча критична сила, що діє в рейках, при якій можлива втрата стійкості колії, кг;

площа поперечного перетину однієї рейки, см ² (додат.3

МВ № 3167);

момент інерції рейкошпальної решітки в горизонтальній площині, см ²; для практичних розрахунків можна приймати: при залізобетонних шпалах - 5І;

де І - момент інерції поперечного перетину рейки у горизонтальній площині (додат.3 МВ № 3167);

;

погонний опір поперечному переміщенню рейкошпальної решітки,

кг/см;  те ж, поздовжньому переміщенню, кг/см;  довжина хвилі викривлення колійної решітки при викиді, см; найменший радіус кривої на ділянці укладання безстикової колії.

При епюрі шпал 1840 шт/км: P = 13 кг/см, q = 8,5 кг/см; при епюрі шпал 2000 шт/км: Р = 14 кг/см, q = 9,0 кг/см. таблицю 1.

Таблиця 3.1 - Розрахунок безстикової колії на міцність

20000	10221,79	256166,70
40000	7227,896	252088,17
60000	5901,55	247254,47
80000	5110,89	242081,89
100000	4571,32	236814,71
120000	4173,03	231600,77
140000	3863,47	226527,70
160000	3613,95	221644,94
180000	3407,26	216977, 20
200000	3232,41	212533,95

Максимальну температурну силу, що допускається, при цьому визначаю з урахуванням коефіцієнта запасу, рівного 1,2

. (3.29)

Рисунок 4 - Графічне визначення  і по формулах К.Н. Міщенко

3.4.2 Розрахунок по формулі С.П. Першина

С.П. Першин запропонував метод розрахунку з урахуванням початкових нерівностей і змінної жорсткості рейкошпальної рами (по лінійному закону залежно від кута повороту рейок щодо шпал).

Він на підставі енергетичних умов рівноваги вивів формулу для визначення закритичної сили N3, що приводить до викиду колії у горизонтальній площині. В результаті ряду спрощень і багатоваріантних чисельних розрахунків формула набула наступного вигляду

; (3.30)

де  - параметри, що залежать від типу рейки і плану лінії;

 - середній ухил початкової нерівності в плані, приймається рівним 2-3 (для прямих -  = 2%, для кривих -  = 2,5-3,0%);

 коефіцієнт, залежний від опору Q баласта поперечному зсуву шпали, визначається по інтерполяційному графіку, приведеному на малюнку 3. При цьому слід враховувати, що опір зрушенню залізобетонної шпали упоперек осі шляху при нормальному профілі баластної призми Q =4,70 кН.

Рисунок 5 - Крива зміни коефіцієнта К1 залежно від опору баласту зсуву в ньому шпал

Як правило, рейкові батоги безстикового шляху укладають в шлях після стабілізації баластної призми, тому рекомендується приймати розрахункове значення К1 = 1,2-1,3 як для дерев'яних, так і для залізобетонних шпал.

K₂ - коефіцієнт, залежний від епюри шпал, рівний 1,0 при епюрі шпал