Оглавление
1. Определение условий укладки бесстыкового пути
2. Расчет повышенной и пониженной температуры рельсовых плетей, допустимых по условиям прочности и устойчивости
3. Расчет интервалов закреплений плетей
4. Расчет данных для принудительного ввода плетей в оптимальную температуру закрепления
5. Расчет данных для ликвидации дефектных мест на плетях и сварки плетей между собой
Список использованной литературы
Приложения
1. Определение условий укладки бесстыкового пути
Возможность укладки бесстыкового пути в конкретных условиях устанавливается сравнением допускаемой температурной амплитуды Т для данных условий с фактически наблюдавшейся в данной местности амплитудой колебаний температуры ТА. Если по расчету ТА Т, то бесстыковой путь можно укладывать.
Значение ТА определяется как алгебраическая разность наивысшей tmax max и наинизшей tmin min температур рельса, наблюдавшихся в данной местности (при этом учитывается, что наибольшая температура рельса на открытых участках превышает на 200С наибольшую температуру воздуха):
ТА = tmax max - tmin min. (1)
TА= 58 - (-40) = 980С
Амплитуда допускаемых изменений температур рельсов
Т = tу + tр - t3 , (2)
где t3 - минимальный интервал температур, в котором окончательно закрепляются рельсовые плети, t3 = 100С;
tу - допускаемое повышение температуры рельсов по сравнению с температурой их закрепления, определяемое устойчивостью против выброса пути при действии сжимающих продольных сил;
tр - допускаемое понижение температуры рельсовых плетей по сравнению с температурой закрепления, определяемое их прочностью при действии растягивающих продольных сил.
2. Расчет повышенной и пониженной температуры рельсовых плетей, допустимых по условиям прочности и устойчивости
Допускаемое повышение температуры рельсовых плетей tу устанавливается на основании исследований устойчивости пути. Для некоторых конструкций пути величины tу приведены в таблице 1.
Допускаемое понижение температуры рельсовых плетей определяется расчетом прочности рельсов, основанным на условии, что сумма растягивающих напряжений, возникающих от воздействия подвижного состава и от изменений температуры, не должна превышать допускаемого напряжения материала рельсов:
Кпк + t , (3)
где Кп - коэффициент запаса прочности (Кп = 1,3 для рельсов первого срока службы; Кп = 1,4 для рельсов, пропустивших нормативный тоннаж);
к - напряжение в кромках подошвы рельса под нагрузкой от колес подвижного состава, МПа;
t - напряжение в поперечном сечении рельса от действия растягивающих температурных сил, возникающих при понижении температуры рельса по сравнению с его температурой при закреплении, МПа;
- допускаемое напряжение (для новых незакаленных рельсов = 350 МПа, для новых термоупрочненных - 400 МПа).
Напряжение в подошве рельса к определяется по правилам расчета верхнего строения пути на прочность.
Температурное напряжение, возникающее в рельсе в связи с несостоявшимся изменением его длины при изменении температуры,
t = Еt = 2,5t, (4)
=2.5*10=25
где - коэффициент линейного расширения
( = 0,0000118 1/град);
Е - модуль упругости рельсовой стали (Е = 210 ГПа = 2,1105 МПа);
t - разность между температурой, при которой определяются напряжения, и температурой закрепления плети, 0С.
Наибольшее допускаемое по условию прочности рельса понижение температуры рельсовой плети по сравнению с ее температурой при закреплении
(5)
В таблице 2 приведены допускаемые по условию прочности понижения tp температуры рельсовых плетей по сравнению с температурой их закрепления для бесстыкового пути с неупрочненными рельсами первого срока службы на железобетонных шпалах и щебеночном или асбестовом балласте в зависимости от типа обращающихся локомотивов и реализуемой скорости движения. Для других вариантов верхнего строения указанные данные принимают со следующими поправками. При термоупрочненных рельсах первого срока службы значение tp увеличивают на 200С по сравнению с данными таблицы 2. При старогодных рельсах в главных путях и приемо-отправочных путях сквозного прохода tp уменьшают на 50С по сравнению с данными таблицы 2.
В соответствии с табл. 5.1 «Положение о системе ведения путевого хозяйства ОАО «РЖД» » эпюра шпал в прямых участках пути составляет 1840 шт/км, а в кривых радиусом 1200 м и менее - 2000 шт/км
Учитывая все выше сказанное и подставляя свои значения получаем:
tу = 420С
tр = 450С + 200С = 650С
Из полученных данных рассчитываем амплитуду допускаемых изменений температур рельсов по формуле:
Т = tу + tр - t3
Т = 420С + 650С - 100С = 970С
3. Расчет интервалов закреплений плетей
Расчетный интервал закрепления плетей:
t3 = tу + tр -ТА (6)
Границы интервала закрепления, т.е. самую низкую mint3 и самую высокую maxt3 температуры закрепления, определяют по формулам:
mint3 = t max max - tу ; (7)
maxt3 = t min min + tр . (8)
При укладке плетей длиной более 800 м нижняя граница интервала закрепления должна быть не менее чем на 80С выше нижней границы, установленной для плетей обычной длины.
В соответствии с таблицей П.1 подставляем свои значения и получаем:
t max max = 560С
t min min = - 480С
t = 250С
mint3 = 560С - 420С = 140С
maxt3 = -480С + 650С = 170С
ТА = tmax max - tmin min = 560С - (-480С) = 1040С
t3 = 420С + 650С - 1040С = 30С
В части II курсового проекта необходимо проверить возможность укладки бесстыкового пути с железобетонными шпалами в условиях, указанных в таблице П.1 исходных данных, а также определить допустимое повышение и понижение температур рельсов tр и tу, рассчитывать интервал t3, самую низкую mint3 и самую высокую maxt3 температуры закрепления, рассчитать параметры для принудительного ввода плетей в оптимальную температуру закрепления. По результатам расчета необходимо начертить диаграмму температурного режима плетей, как показано на рисунке 1.
Рисунок 1. Диаграмма температурного режима плетей
4. Расчет данных для принудительного ввода плетей в оптимальную температуру закрепления
В случаях необходимости укладки рельсовых плетей при температуре рельсов ниже оптимальной, следует прибегнуть к способу принудительного ввода их в оптимальную температуру закрепления. Такой способ применяется и перед сваркой эксплуатируемых плетей, ранее уложенных и закрепленных при температуре ниже оптимальной
Если укладка плетей производилась при температуре выше оптимальной, то с наступлением температуры производится разрядка температурных напряжений.
Принудительный ввод плетей в оптимальную температуру выполняется с использованием гидравлических натяжных устройств или нагревательных установок и обязательным вывешиванием их на роликовые опоры или пластины.
Перед началом работ с использованием натяжных устройств должны быть выполнены расчеты по определению изменения длины плети L и прилагаемого растягивающего усилия N, необходимого для удлинения плети (или полуплети).
Удлинение плети, м, определяется по формуле:
L = Lt, (7)
где L - длина плети;
t - перепад между температурой первоначального закрепления или температурой рельсовых плетей при укладке и планируемой температурой закрепления.
t = tопт - tфакт, (8)
При длинах плетей до 1250 м производится растяжение сразу всей плети. При больших длинах плетей или при наличии в пределах участка работ кривых, тем более S-образных, принудительный ввод их в оптимальную температуру производится полуплетями.
Необходимые усилия для создания расчетных удлинений в плетях Nt определяются из условия:
N t = EFt, (9)
где F - площадь поперечного сечения рельса см2 (65,99 - для рельса Р50 и 82,65 - для рельса Р65).
Для обеспечения неподвижности уравнительных рельсов с обеих сторон от удлиняемой плети должны находиться анкерные участки. Рельсовые стыки, расположенные в пределах анкерных участков и прилегающие к ним, должны обеспечивать нормативное стыковое сопротивление продольному перемещению рельсов Rн = 400 кН (для рельсов типа Р65), что достигается затяжкой гаек стыковых болтов с крутящим моментом, равным 600 Нм, а гайки клеммных болтов должны быть затянуты с крутящим моментом 150-200 Нм.
Длина анкерного участка, м, определяется по формуле:
L ан Nt / r, (10)
где r - погонное сопротивление рельсов (при замерзшем балласте принимается r = 25 кН/м), или шпал (при незамерзшем балласте r = 7 кН/м - при неуплотненном балласте и r = 12 кН/м - при уплотненном) продольному перемещению в пределах анкерного участка.
5. Расчет данных для ликвидации дефектных мест на плетях и сварки плетей между собой
В зависимости от температуры, при которой производятся работы по ликвидации дефектных мест на плети, или сварки плетей между собой, используются различные технологии производства работ.
При температурах больших, чем температура закрепления плети используется технология с предварительным изгибом плети, при температурах меньших, чем температура закрепления плети используется технология с использованием натяжных устройств с достаточным подтягивающим усилием.
В курсовом проекте необходимо выполнить расчеты, необходимые для выполнения работ по второй из названных технологий.
Восстановление дефектной плети электроконтактной сваркой при температурах рельсов ниже температуры закрепления или сварки плетей между собой можно выполнять без натяжного устройства, но с использованием ПРСМ с подтягивающими усилиями до 120 тс, из которых на растяжение плети для восстановления ее температуры закрепления на участке производства работ используется не более 70 тс.
Для выполнения работ, включающих восстановление плети сваркой и восстановление температуры ее закрепления на участке производства работ необходимо определить длину участка производства работ по сварке, на котором необходимо восстановить температуру закрепления плети, рисунок 2.
lуч = lвст + 2 lд. (11)
Поскольку изменение длины дышащего участка при изменении температуры равно половине изменения длины такого же участка в средней части плети, расчетная длина участка равна
l = lвст + lд. (12)
Длину рельсовой вставки удобно принять из условия
lвст = l + , (13)
где l - расстояние между обрезанными концами плетей;
- запас рельсового металла на сварку одного стыка (40 мм при электроконтактной технологии).
Рисунок 2 Эпюра температурных сил на концах плетей, примыкающих с обеих сторон к участку производства работ до выполнения сварки
Длина дышащего участка в зависимости от разницы температуры закрепления плети и температуры, при которой производятся сварочные работы равна
, (14)
где Nt, - температурная сила, возникающая в плети при перепаде температур относительно температуры ее закрепления;
t - перепад температуры рельсовой плети при производстве работ относительно ее температуры закрепления;
r - погонное сопротивление продольному сдвигу пути по одной рельсовой нити, принимаемое для стабилизированного балласта равным 12 кН/м, для нестабилизированного - 7 кН/м.
При перепадах температуры сварки относительно температуры закрепления плети на величины ?t = 10; 15; 20 и 250С, lд соответственно равны 29,2; 43,8; 58,4 и 70,0.
Для того, чтобы на участке производства сварочных работ l ввести плеть в температуру ее закрепления, участок необходимо удлинить на величину
. (15)
Затем раскрепляем конец плети, примыкающий к месту сварки второго стыка в точке С, как показано на рисунке 2, на длине lр, равной
, (16)
где
NПРСМ = 70 тс
После раскрепления плети на участке lр, укладываем рельсовую вставку и свариваем ее с концом плети в точке В.
Определяем общее удлинение раскрепленного конца плети, необходимое для восстановления температуры закрепления на участке производства сварочных работ и на участке раскрепления плети.
?lобщ = ?l + ?lр, (17)
где ?lр = б lр?t. (18)
бесстыковый путь рельсовая плеть
По результатам контрольной сварки получено, что при сварке одного стыка укорочение свариваемых рельсов за счет оплавления металла составляют около = 40 мм. Эту величину необходимо вычесть из ?lобщ. Поэтому растягиваем конец плети ПРСМ на (?lобщ -) и производим сварку. После завершения сварки выдерживаем стык в течение 6 минут в сжатом состоянии. Затем сварочная головка убирается, сваренный стык обрабатывается. Плеть на всем протяжении АЕ (см. рисунок 1.) раскрепляется, простукивается, а затем снова закрепляется с нормативной затяжкой болтов (шурупов). По завершении указанных работ сваренные стыки проверяются дефектоскопом и размечаются на расстоянии не менее 25,0 см от места сварки каждого стыка записываются их порядковые номера.
Дата сварки, температура рельса при сварке, длина участка раскрепления и величина удлинения плети для восстановления температуры закрепления ее на участке производства работ записываются в Журнал учета службы и температурного режима рельсовых плетей.