Курсовая работа по земляному полотну в сложных природных условиях, СамГУПС

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ по дисциплине «Железнодорожный путь» на тему «Расчет верхнего строения пути» 1. Проектирование и расчет рельсовой колеи В данном разделе курсового проекта определяются необходимое возвышение наружной рельсовой нити, ширина рельсовой колеи в круговой кривой при разных видах вписывания подвижного состава, разбивочные параметры переходной кривой, количество и порядок укладки укороченных рельсов на внутренней рельсовой нити. Исходными данными для выполнения первой части курсового проекта являются: — тип подвижного состава; — радиус кривой, м; — угол поворота линии, град.; — вес, количество и скорость движения скоростных, пассажирских и грузовых поездов, т. Вариант задания № 9: Тип подв. ед. Радиус Угол пов. Вес поезда Кол. поездов Скор. движ. Скор Пасс Груз Скор Пасс Груз Скор Пасс Груз ЧС1 649 27 677 932 5841 4 7 9 137 70 51 1.1. Определение возвышения наружного рельса в кривой При движении экипажа по кривой появляется центробежная сила. Эта сила создает дополнительное давление колес на наружную рельсовую нить, в связи с чем рельсы на ней изнашиваются быстрее, возникают отбои нитей, увеличивается напряжение в рельсах, пассажиры испытывают неприятные ощущения. С целью нейтрализации вредного влияния центробежной силы на путь и на пассажиров наружная рельсовая нить приподнимается (возвышается) над внутренней. Возвышение наружного рельса в кривой заданного радиуса R производим по формуле: h=K∙(12.5 ∙ υ_(ср )^2)/R, (1.1) где К – коэффициент увеличения, возвышения наружного рельса, учитывающий смещения центра тяжести экипажа в сторону кривой. В курсовом проекте принимаем К=1; υср – среднеквадратическая средневзвешенная по тоннажу скорость, км/ч; R – радиус кривой, в м; υср = √((∑▒〖Q_i∙n_(i∙) 〗 〖v_i〗^2)/(∑▒〖Q_i∙n_i 〗)) (1.2) где ni – число поездов одинакового веса, движущихся с одинаковой скоростью, в шт.; Qi – вес поездов, в т.; υi – фактические скорости движения поездов, км/ч. υср = √((677∙4∙〖137〗^2+932∙7∙〖70〗^2+5841∙9∙〖51〗^2)/(650∙4+955∙7+3476∙9))=√3552,14=59,60 (км/ч). h=1∙(12.5∙〖59,6〗^2)/649=68,42 (мм). Полученное возвышение наружного рельса проверяем по условию обеспечения комфортабельности езды пассажиров по формуле: h=(12.5 ∙ υ_(max )^2)/R-115, (1.3) υmax – максимальная скорость поездов. h=(12.5 ∙ 〖137〗^2)/649-115=246,5 (мм). За окончательное значение возвышения принимаем большее из двух, но не более 150 мм. Величину расчетного возвышения округляем до значения кратного 5мм в большую сторону. h=150 мм. 1.2 Определение оптимальной ширины колеи Двухосная тележка. Определение оптимальной ширины колеи При определении оптимальной ширины колеи за исходную принимают схему свободного вписывания. На рисунке 1.1 представлена схема такого вписывания для двухосной тележки. Рисунок 1.1 — Схема свободного вписывания двухосной тележки в кривую Для двухосной тележки принципиальная схема сохраняется такой же (без средней оси). Точкой 0 обозначен центр вращения тележки. При свободном вписывании он находится на задней оси и внутреннее колесо этой оси своим гребнем касается внутренней нити кривой, не взаимодействуя с ней. Оптимальная ширина колеи, Sопт мм определяется по формуле: Sопт = qmax+ fн – η1+4, (1.4) где qmax – максимальная ширина колесной пары (для локомотивов и тепловозов qmax=1509 мм); fн – стрела изгиба, мм, наружного рельса при хорде АВ; 4 – допуск на сужение колеи. Таблица 1.1 — Параметры ходовых частей подвижного состава Тип экипажа Конструкционная скорость V, км/ч Радиус колеса по кругу катания r, см Число осей в жесткой базе Длина жесткой базы L, см Поперечные разбеги η, мм, осей крайних η_1 средней у трехосной тележки Электровозы постоянного тока ЧС1 120 62,5 2 333 0 0 f_н=〖(λ+b)〗^2/2R , (1.5) где λ – расстояние от центра O вращения тележки до геометрической оси первой колесной пары, равное в данном случае длине жесткой базы L, мм; R – радиус кривой, мм; b – расстояние от оси первой колесной пары до точки касания гребня колеса с рельсом, определяемое по формуле: b=λ(r+t)tgτ/(R+S⁄(2-(r+t)tgτ)) , (1.6) где r – радиус колеса, мм; t – расстояние от поверхности катания до точки прижатия гребня к боковой грани головки рельса (глубина касания); принимается равным 10 мм; τ – угол наклона рабочей поверхности гребня колеса к горизонту, равный для нового вагонного колеса 60°, для локомотивных бандажей – 70°; S = 1520 мм. Значения величин L, r, η1, представлены в таблице 1.1. b=3330(625+10)tg70/(649000+1520/2-(625+10)tg70)=5809677,49035/646495,535=8,9864 Вычисляем стрелу изгиба, мм, наружного рельса при хорде АВ: f_н=〖(3330+8,9864)〗^2/(2∙649000)=8,58937 (мм). Вычисляем оптимальную ширину колеи: Sопт = 1509 + 8,59 – 0 + 4 = 1521,59 ≈1522 (мм). Полученное значение Sопт сравнивают с нормативным [S]. Если же Sопт окажется больше [S], то необходимо определить минимально допустимую ширину колеи. Определение минимально допустимой ширины колеи. В этом случае за исходную принимают схему заклиненного вписывания (см. рис. 1.2). Рисунок 1.2 — Схема заклиненного вписывания двухосной тележки в кривую Учитывая, что заклиненное вписывание не допускается, к полученной по этим схемам ширине Sз прибавляют величину зазора δmin/2 между боковой рабочей гранью рельса и гребнем колеса (δmin = 5 мм для вагонных колес, δmin = 7 мм для локомотивных колес). Для двухосной тележки (см. рис. 1.2) минимально допустимую ширину колеи Smin, мм, определяют из выражения: Sз = qmax+ fн – fв – ∑η1+ δmin/2+4, (1.7) Sз = 1509+34,1535 –11,5516 –0+7/2+4=1539,1 где fн и fв – стрелы изгиба наружной и внутренней нитей кривой, отсчитываемые соответственно от хорд АВ и CD, проведенных через точки касания колес с наружной и внутренней нитями; 4 – допуск на сужение колеи. Величины их определяются по формулам: f_н=〖(L+2b)〗^2/8R , (1.8) f_н=〖(333+2×44,05)〗^2/(8×649)=34,1535, f_в=〖(L-2b)〗^2/8R , f_в=〖(333-2×44,05)〗^2/(8×649)=11,5516, (1.9) b=(L∙r)/2R tgτ, b=(333∙62,5)/(2×649) tg70=44,05, (1.10) Sз = 1509+34,1535 –11,5516 –0+7/2+4=1539,1. Трехосная тележка Определение оптимальной ширины колеи. Оптимальная ширина колеи, Sопт мм определяется по формуле, аналогичной формуле при определении оптимальной ширины колеи для двухосной тележки (рисунок 1.3): Sопт = qmax+ fн – η1+4, (1.11) Рисунок 1.3 — Схема свободного вписывания трехосной тележки в кривую Полученное значение Sопт сравнивают с нормативным [S]. Если Sопт < [S], то принимают нормативную ширину колеи. Если же Sопт окажется больше [S], то необходимо определить минимально допустимую ширину колеи. Трехосная тележка не имеет разбегов (рисунок 1.4). Рисунок 1.4 - Схема заклиненного вписывания трехосной тележки в кривую без поперечных разбегов осей В этом случае трехосная тележка будет заклинена в точках А, В и С и ширина колеи Smin определится выражением: S_min=q_max+f_н+4+δ_min/2≤[S] S_min=1509+34,1535+4+7/2=1550 Если же Sопт окажется больше [S], то необходимо определить минимально допустимую ширину колеи 1.3 Проектирование переходных кривых Прямые и круговые кривые во избежание внезапного возникновения центробежной силы плавно сопрягают с помощью переходных кривых (ПК). Основное назначение переходных кривых заключается в обеспечении плавного изменения центробежных сил при входе и выходе экипажа из круговой кривой (КК). На их протяжении осуществляются плавные отводы, вызванные наружной рельсовой нитью и уширением колеи в круговой кривой. Длина переходной кривой l0 определяется из условия равномерного отвода возвышения: l_0=h/i, (1.8) где h – расчетное возвышение, мм; i – нормативный уклон отвода возвышения, выбирается в зависимости от скорости движения поездов по таблице 1.2. Таблица 1.2 Допускаемые уклоны отвода возвышения наружного рельса в кривых Максимальный уклон отвода возвышения (i), мм/м Допускаемая скорость движения поездов, км/ч Пассажирских Грузовых 1,2 137 51 Расчетная длина переходной кривой округляется в большую сторону до значения кратного 10 м. l_0=150/1,2=125≈130(м). Определяем угол поворота линии в пределах переходной кривой: φ=l/2R , (рад) (1.9) φ=130/(2∙649)=0,1 (рад). Проверяем возможность разбивки ПК по зависимостям: 2φ < β (1.10) 2∙0,1 <0,471 Lкк = R(β – 2φ) > 30 (1.11) Lкк = 649(0,471 – 2∙0,1) = 176 >30. Определяем обобщенный параметр переходной кривой: C = R ∙ l (1.12) C = 649 ∙ 130 = 84370. Координаты х и у определяем по формуле: xк ≈ l (1.13) y_к≈l^3/6C (1.14) Расчет промежуточных координат ПК ведется в табличной форме. По результатам расчетов строим график переходной кривой. Пример расчета промежуточных координат и графика ПК представлен на рис. 1.3:х,м у,м 0 0 10 0,001975 20 0,015803 30 0,017779 40 0,126427 50 0,246928 60 0,426692 70 0,677571 80 1,011418 90 1,440085 100 1,975426 110 2,629292 120 3,413536 130 4,34001 140 5,420568 Рисунок 1.3. – График переходной кривой 1.4 Расчет числа и порядка укладки укороченных рельсов на внутренней нити кривой В связи с тем, что в пределах кривых радиус внутренней рельсовой нити несколько меньше радиуса наружной рельсовой нити, то длина внутренней нити меньше наружной рельсовой нити. Для компенсации этой разницы и обеспечения укладки рельсовой нитей с положением стыков по одной нормали к продольной оси пути по внутренней нити кривой укладывают укороченные рельсы. В виду невозможности обеспечить точное расположение «понаугольнику» стыков по внутренней и наружной нитям допускается забег на величину не более половины принятого стандартного укорочения ±Кi. В курсовом проекте для выбора величины Кi руководствуются длиною рельса и величиной R кривой. В РФ при длине рельса 25м приняты следующие типы укорочения: К1=80 мм, К2=160 мм; Минимальная величина стандартного укорочения К1=80 мм соответствует R≥500 м, а при R<500 м – К2=160 мм. Рассмотрим расчет количества рельсов нормальной длины, укладываемых на наружную рельсовую нить. Точка НПК1 делит рельс на две части, где а1 – это часть рельса находящегося в прямом участке, а2 – это часть рельса, находящаяся в переходной кривой. В учебных целях а2 принимаем в пределах 1–24 м (а2=5 м), тогда а1=25,01 – а2, (м.) (1.15) а1 = 25,01 – 5 = 20,01 (м). Определяем количество рельсов нормальной длины на наружной нити, укладываемых в пределах 1ой переходной кривой по формуле: n1 = (L – а2)/25,01, (шт.) (1.16) n1 = (130 – 5)/25,01 = 4,998 шт. Остаток при делении 0,19 есть b1 – это часть длины последнего рельса переходной кривой. b1 = 25,01·0,998=24,95998 м. b2 – длина последнего рельса переходной кривой, перешедшая на круговую кривую. b2 = 25,01 – b1, (м) (1.17) b2 = 25,01 – 24,95998 = 0,05002 (м). Определяем количество рельсов в пределах круговой кривой: n2 = (Lкк. – b2)/25,01, (шт.) (1.18) n2 = (176 – 0,05)/25,01 = 7,04 (шт.). Остаток при делении 0,04 есть с1 – часть длины последнего рельса круговой кривой, находим с2 – длину последнего рельса круговой кривой, перешедшую на вторую переходную кривую. с1 = 25,01·0,04 =1,00 м; с2 = 25,01 – 1,00 = 24,01 м. Определяем количество рельсов нормальной длины на наружной нити, укладываемых в пределах 2ой переходной кривой по формуле: n3 =(L – C2)/25,01, (шт.) (1.19) n3 = (130 – 24,01)/25,01 = 4,24 (шт.). Остаток при делении 0,24 есть d1 – часть длины последнего рельса второй переходной кривой. Находим d2 – вторая часть рельса, находящаяся на прямом участке пути. d1 = 25,01·0,24 =6,01 (м). d2 = 25,01 – d1, (м) d2 = 25,01 – 6,01 = 19 (м). Проверяем правильность расчета и укладки количества рельсов стандартной длины: N = (a1 + Lкк + 2lо + d2)/25,01 (шт.) (1.20) N = (20,01+176+2·130+19)/25,01 = 19 (шт.) Для определения количества и порядка укладки укороченных рельсов по внутренней нити вначале определяем суммарное укорочение внутренней нити на рассматриваемой системе кривых по формуле: (мм), (1.21) где S0 – расстояние между осями головок рельсов (1600 мм). Еп= 1600/649∙(130+ 176) = 754,4 (мм). Nу = Еп / К (1.22) где Еп -полное суммарное укорочение в пределах ветки; К – стандартное укорочение. Nу = 754,4/80 = 9,43. Пример расчета порядка укладки укороченных рельсов представлен в таблице 1.3. Для расчета укорочения в пределах переходной кривой применяется формула: E_пк= S_0 (l_пк^2-l_(пк-1)^2)/2С, (1.23) где lпк – участок ПК от начала или конца ее, включая рельс, для которого определяется укорочение; lпк-1 – участок ПК от начала или конца ее, за вычетом длины этого рельса. Для расчета укорочения в круговой кривой применяется формула: Екр = S0(L0 / R) (1.24) Забег или отставание считается по формуле Зп=Зп-1+Е – К, (1.25) где Зп – это забег в рассматриваемом стыке; Зп-1 – это забег в предыдущем стыке со своим знаком, («+», «-»); Е – расчетное укорочение рельса или его части на рассматриваемом участке; К – стандартное укорочение рельса. Если ∑(Зп-1+Е) не превышает половины стандартного укорочения, то величина К в данную формулу не вводится, и в этом случае на внутреннюю нить укладывается нормальный рельс.   Таблица 1.3 - Расчет числа и порядка укладки укороченных рельсов Границы элементов пути в плане Номера рельсов Длина рельсов, м Расчетные укорочения элементов пути, мм Забеги или отставания стыков, мм Порядок укладки рельсов Прямая 1(а1) - - - - НПК1 КПК1 1(а2) 5 1,6(52 – 02)/168,74=0,24 0,24 Норм 2 25,01 1,6(30,012 – 52)/168,74=8,3 0,24+8,3= 8,54 Норм 3 25,01 1,6(55,022 – 30,012)/168,74=20,16 8,54+20,16=28,7 Норм 4 25,01 1,6(80,032 – 55,022)/168,74=32,03 28,7+32,03-80= -19,27 Укор 5 25,01 1,6(105,042 – 80,032)/168,74=43,89 -19,27+43,89= 24,62 Норм 6(b1) 24,96 1,6(130,052 – 105,042)/168,74=55,75 24,62+55,75+ 0,12-80=0,49 Укор НКК 6(b2) 0,05 1,6(0,05/0,649)=0,12 ККК 7 25,01 1,6(25,01/0,649)=61,7 0,49+61,7-80= -17,81 Укор 8 25,01 1,6(25,01/0,649)=61,7 -17,81+61,7-80 = -36,11 Укор 9 25,01 1,6(25,01/0,649)=61,7 -36,11+61,7= 25,59 Норм 10 25,01 1,6(25,01/0,649)=61,7 25,59+61,7-80 = 7,29 Укор 11 25,01 1,6(25,01/0,649)=61,7 7,29+61,7-80= -11,01 Укор 12 25,01 1,6(25,01/0,649)=61,7 -11,01+61,7-80 = -29,31 Укор 13 25,01 1,6(25,01/0,649)=61,7 -29,31+61,7= 32,39 Норм 14(с1) 1,00 1,6(1,00/0,649)=2,47 32,39+2,47+ 5,47-80 = -39,67 Укор НПК2 КПК2 14(с2) 24,01 1,6(24,012 – 02)/168,74=5,47 15 25,01 1,6(49,022 – 24,012)/168,74=10,82 -39,67+10,82=-28,88 Норм 16 25,01 1,6(74,032 – 49,022)/168,74=18,24 -28,88+18,24= -10,64 Норм 17 25,01 1,6(99,042 – 74,032)/ 168,74=25,65 -10,64+25,65= 15,01 Норм 18 25,01 1,6(124,052 – 99,042)/ 168,74=33,07 15,01+33,07-80=-31,92 Укор 19(d1) 13,76 1,6(149,062 – 124,052)/ 168,74=40,48 -31,92+40,48=8,56 Норм Прямая 19(d2) 19,00 - - - Nу = 9 – число укороченных рельсов. Вывод: в кривой данного радиуса на внутреннюю рельсовую нить укладывается 14 укороченных рельсов. Схема раскладки укороченных рельсов показана на рисунке 1.4. Рисунок 1.4 - Схема раскладки укороченных рельсов Проектирование обыкновенного одиночного стрелочного перевода Исходные данные В данном разделе курсового проекта определяются размеры основных частей и элементов стрелочного перевода, проектируется эпюра стрелочного перевода с раскладкой переводных брусьев. Перечень исходных данных и их размерности приведены в таблице 2.1 Таблица 2.1 - Исходные данные для расчета одиночного стрелочного перевода Наименование Максимальная скорость движения по боковому пути, км/ч Потеря кинетической энергии при ударе в остряк, м/с Постоянно действующее центробежное ускорение подвижного состава в пределах остряка, м/с2 Внезапно появляющееся центробежное ускорение подвижного состава при въезде на остряк, м /с2 Ширина головки остряка на расчетном уровне, м Часть длины переднего вылета крестовины, не зависящая от ее угла, м Часть длины переднего вылета крестовины зависящая от марки крестовины, м Минимальная длина прямой вставки перед крестовиной, м Расчетное обозначение V W γ0 j ν0 D G nmin Числовое значение 48 0,227 0,56 0,4 0,07 0,356 0,263 2 Исходные данные V, W, g0 , j приведены в задании на курсовое проектирование. Параметры ν0 , D и G определяются по таблице 1.2 в зависимости от заданного типа рельсов и конструкции крестовины. Таблица 2.2 - Параметры для расчета стрелочного перевода Параметр Конструкция крестовины Тип рельсов Р50 Р65 D, мм Сборная 356 316 Цельнолитая 416 406 G, мм Сборная 263 283 Цельнолитая 64 64 ν0 ,мм 70 72,8 Определение марки крестовины Вначале определяем параметры криволинейного остряка (рисунок 2.1): начальный угол остряка β, радиус R_0^' остроганной части, радиус неостроганной части остряка R_0^'' , угол острожки остряка ε по формулам: , (2.1) где V в км/ч, W0 в м/с, j0 и γ0 в м/с2. sinβн = 3,6/48∙√(〖0,227〗^2-0,072∙0,4) = 0,075 ∙ 0,698 = 0,05235; βн = 3,000805756 (град.); R_0^,= 〖48〗^2/(〖3,6〗^2∙0,4) = 2304/5,184=444,444444 (м); R_0^(,,)= 〖48〗^2/(〖3,6〗^2∙0,56) = 2304/7,576=317,460317(м); cosε = (444,444444 ∙ 0,998628)/(444,444444 + 0,07)= 0,99847153; ε = 3,168644365 (град.). Определяется часть длины прямого участка перед сердечником - d0 (рисунок 2.2): d_0=n_min+D, (2.2) d=d_0+G∙N , (2.3) где nmin – длина прямой вставки перед крестовиной принимается произвольно пределах 0,5 – 4 м, d - длина прямой вставки, м. d_0=2+0,356=2,356 (м), Рисунок 2.1 - Криволинейный остряк секущего типа Рисунок 2.2 - Расчетные параметры крестовины Вспомогательный угол φ: , (2.4) tg φ = (317,460317-0,263)/2,356=134,633836, φ = 89,574440 (град.). Сумма членов уравнения проекции расчетного контура стрелочного перевода, не зависящих от угла крестовины: , (2.5) C = 443,835021 – 413,765124 + 316,975088 – 1,52 = 315,524985 (м). Вспомогательный угол (φ-α): , (2.6) sin(φ – α) = (315,54985 ∙ 0,0074735487)/2,356=0,994701203. (φ-α)=arcsin( ), (2.7) (φ – α) = 84,099039. Угол крестовины: α= φ-arcsin( ), (2.8) α = 5,4754361 (град.). Проверка: , (2.9) 1,52 = 444,44444(0,998622 – 0,99847153) + 317,460317(0,99847153 – 0,995437198) + +(2,356+0,263/0,0958563702)0,0954189965 = 0,066875+0,96379999+0,486607139 = 1,52 Марка крестовины: N=1/(tg(α)), (2.10) Марка крестовины N округляется до целого, затем находится окончательное значение угла α. N=1/0,0958563702 = 11. Марка крестовины принимается 1/1. d =2,356+0,263∙11= 5,249 (м). 2.3 Определение длины крестовины Длина крестовины зависит от конструкции крестовины и ее марки. Длина крестовины lкр состоит из длины переднего вылета h и длины заднего вылета p (рисунок 2.3): lкр = p + h, (2.11) Рисунок 2.3 - Схема цельнолитой крестовины Вначале определяем минимальную теоретическую длину крестовины. Затем из условия раскладки брусьев под крестовиной определяется практическая длина крестовины. Для цельнолитой крестовины минимальная длина переднего вылета определяется из конструктивного условия расположения накладок (накладки не должны заходить за первый изгиб усовиков). Длина заднего вылета определяется также условием примыкания двух рельсов к торцу крестовины: (2.12) где tг – ширина желоба в горле крестовины (при ширине колеи 1520, tг=0,064 м); λ – расстояние от точки изгиба усовика до торца накладки. Принимаем равным 100 мм; lн – длина стыковой накладки (lн=820 мм); b – ширина подошвы рельса (Р50 – 132 мм, Р65 – 150 мм); v0 – ширина головки рельса (Р50 – 72 мм, Р65 – 75 мм); Δ – зазор между подошвами примыкающих рельсов (принимается равным 5 мм). h = 64 ∙1/0,095856370 + 0,5 ∙ 820 + 100 = 1177,66559 (мм). P = 1/0,095856370 ∙ (132 + 72 + 5) = 2179,87 (мм). Минимальная длина переднего и заднего вылетов крестовины служит ориентиром при определении практической длины крестовины по условию раскладки брусьев. Практическая длина крестовины во всех случаях больше минимальной. Для определения практической длины крестовины необходимо вычертить схему расположения брусьев под крестовиной (рисунок 2.4). Рисунок 2.4 - Схема расположения брусьев под крестовиной При раскладке брусьев необходимо учитывать, что: 1. Математическое острие крестовины должно располагаться на оси бруса; 2. Брусья располагаются перпендикулярно биссектрисе угла крестовины; 3. Расстояние между осями брусьев должно быть одинаковым, кратным 5 мм и равным a = (0,8 ÷ 0,95 )αпер , где aпер – расстояние между шпалами на перегоне (при эпюре шпал 1840 шт/км α = 55 см, при эпюре 2000 шт/км; α = 50 см, при эпюре 1600 шт/км α = 63 см). 4. Расстояние между осями стыковых брусьев αст равно 420 мм при рельсах Р65, αст = 440 мм при рельсах Р50. Для определения числа пролетов под передним и задним вылетами необходимо найти проекцию минимальной длины пролетов на биссектрису угла крестовины. , (2.13) a = 0,8 ∙ 550 = 440 мм. h’ = 1177,66559 ∙ 0,998858648 = 1176,3146 (мм); p’ = 2179,87 ∙ 0,998858648 = 2177,382 (мм). Затем определяем минимальное число пролетов под передним и задним вылетами между стыковыми и центральными брусьями (2.14) αст = 440 (мм). n_h = (1176,32146- 0,5 ∙ 440)/440 = 2,17 = 2 (шт.); n_p = (2177,382- 0,5 ∙ 440)/440 = 4,449 = 4 (шт.). Полученные значения nh и np округляются до целого значения в большую сторону. После этого определяем практическую длину переднего и заднего вылетов: , (2.15) h_пр = (2 ∙ 440- 0,5 ∙ 440)/0,998858648 = 660,754 (мм); p_пр = (4 ∙ 440- 0,5 ∙ 440)/0,998858648 = 1541,760 (мм). Практическая длина крестовины: lкр =hпр+pпр, (2.16) l_кр = 1541,760 + 660,754 = 2202,513 (мм). Расчет стрелки К основным параметрам стрелки относятся: а) параметры криволинейного остряка: -начальный угол, βн; -угол острожки остряка, ε; -радиус остроганной части, R_0^''; -радиус целой части, R_0^''; -длина острожки, λ; -длина, l0; -полный стрелочный угол, β; б) длина рамного рельса, lp. Некоторые из них определены в предыдущих подразделах. Длину острожки остряка определяем по формуле: λ = (R′0+ ν0 )sin(ε) - R′0 ∙ sinβн , (2.17) λ = (444,444444 + 0,07)0,0556847 – 444,444444 ∙ 0,00225 = 1,3 (м). Длина остряков может быть принята такой же, как в типовых стрелочных переводах. В первом приближении ее можно принять численно равной целому числу рассчитанной марки крестовины, но не более 25 м. Остряк бокового направления принимается криволинейным двойной кривизны секущего типа. Длину кривого и прямого остряка принимаем одинаковой. При определении полного стрелочного угла вначале вычисляем длину дуги остроганной части остряка: , (2.18) где ε и β – углы в радианах. l_0^' = 444,444444 ∙ (3,168644365 – 3,000805756)*0.0175 = 1,30245643 (м). Угол, стягивающий длину дуги неостроганной части остряка: , (2.19) l_0 = 11 (м). Ψ = (11-1,30245643)/317,460317 = 0,03054726 (рад). Полный стрелочный угол равен: β = ε + ψ , (2.20) β = 3,168644365*0,0175 + 0,0305476 = 0,085991887 (рад). β = 〖4,91382215078〗^о. Для определения длины рамного рельса необходимо вычертить схему расположения брусьев под стрелкой и определить порядок раскладки брусьев (рисунок 2.5). Вначале на схеме показывается положение стыковых и флюгарочных брусьев, обозначается передний вылет рамного рельса q, длина проекции остряка на рамный рельс, задний вылет рамного рельса m2 . Флюгарочные брусья располагаются так, что острие остряка находится на флюгарочном брусе на 41 мм ближе оси бруса к переднему стыку (см. рисунок 2.5). Длина переднего вылета рамного рельса принимается такой, чтобы под ним умещалось от одного до восьми целых пролетов α = (0,8 – 0,95)αпер , в зависимости от марки перевода. Рисунок 2.5 - Схема определения длины рамного рельса Передний и задний стыки рамного рельса должны находиться соответственно от остряка и от корня остряка на расстоянии достаточном для гашения влияния повышенного динамического воздействия на путь в стыках от колес подвижного состава. Таким образом: , (2.21) где ni - число промежуточных пролетов под передним вылетом рамного рельса. В курсовом проекте принимается: при марке крестовины N до 1/9, ni =5; при марке N от 1/9 до 1/11, ni =7; при марке N более 1/11 ni =9. С – нормальный стыковой пролет, принимается равным при рельсах Р65, С=420 мм, при рельсах Р50, С=440 мм; δ - величина стыкового зазора (10 мм); m0 - расстояние от оси первого флюгарочного бруса до острия остряка, принять равным 41 мм. m_1 = 7 ∙ 440 + (440-10)/2 - 41 = 3254 (мм). Далее принимается длина рамного рельса. Она должна быть больше суммы m1+l_0^'' на величину (α+420) мм и более и быть кратной 6,25 м до большего значения: l_рр=m_1+l_0^''+a+420, (2.22) Количество пролетов под остряком определяется по выражению: (2.23) где l_0^'' - проекция остряка на рамный рельс определяется по выражению: , (2.24) l_0^'' = 444,444444 ∙ (0,05526847 – 0,0523499) + 317,460317 ∙ (0,08565781 – 0,05526847) = = 1,29714222 + 9,647241573 = 10,94438379 (м) = 10944,38 (мм). l_pp = 3254 + 10944,383 + 440 + 420 = 15058,383 (мм). Принимаем l_pp = 18750 (мм) или 18,75 (м). n_0 = (10944,383-41-440/2)/440 = 24,804 (шт.) Количество пролетов под задним вылетом рамного рельса: , (2.25) n_з = (18750-(3254+10944,383)- (440-10)/2)/440 = 9,856 (шт.) Дробная часть числа пролетов n0 и nз распределяется так между шпальными пролетами, чтобы соблюдалось условие α=(0,8 ÷ 0,95)αпер. Основные размеры для разбивки стрелочного перевода Основные разбивочные параметры стрелочного перевода приведены на рисунке 2.6. Рисунок 2.6 - Основные разбивочные параметры стрелочного перевода Теоретическая длина перевода определяется по формуле: , (2.26) Z_m = 10944,383+ 317,460317 ∙ (0,0954189965 – 0,08565728) + (2356 + 263/0,0958563702) ∙ 0,995437 = 10944,383 + 3,09895761 + 5076,42 = 16023,901365 (мм) = 16,024 (м). Практическая длина перевода определяется по выражению: , (2.27) Z_пр = 3,254 + 16,024 + 1,622 = 20,9(м). Малые полуоси перевода: расстояние от математического острия крестовины до центра перевода и расстояние от острия до центра перевода, соответственно равны: , (2.28) b_0 = 1.52/0,0958563702 = 15,857 (м). , (2.29) a_0 = 16,024 – 15,857 = 0,16694 (м). Большие полуоси перевода: , (2.30) a = 0,16694 + 3,254 = 3,42094 (м); b = 15,857 + 1,982 = 17,479 (м). Ординаты переводной кривой определяются для разбивки ее при укладке перевода. За начало координат принимается точка на рабочей грани рамного рельса против корня остряка (т. А на рисунке 2.7). Рисунок 2.7 - Схема переводной кривой Абсциссы определяются вдоль рамного рельса в точках, расположенных через два метра друг от друга. Конечная абсцисса определяется по формуле: , (2.31) x_k = 317,460317 ∙ (0,0954189965 – 0,08565728) = 3,09895761 (м). Начальная ордината в корне остряка: , (2.32) y_0 = 444,444444 ∙ (0,99862879 – 0,99847153) + 317,460317 ∙ (0,99847153 – 0,9963466) = 0,069893333 + 0,68154603075= 0,751439363 (м). Текущие ординаты определяются по формуле: , (2.33) где - радиус переводной кривой (принимаем ); - угол, соответствующий данной абсциссе . , (2.34) Таким образом: , (2.35) Xi, м. Xo = 0 0 0,051166 0,99869 0,335435 X1 = 2 0,007788 0,058954 0,998261 0,445604 X2 = 4 0,015576 0,066742 0,99777 0,571696 X3 = 6 0,023364 0,07453 0,997219 0,713196 X4 = 8 0,031152 0,082318 0,996606 0,870618 Х5 = 10 0,038939 0,090105 0,995932 1,043705 X = 10,094 0,039306 0,090472 0,995899 1,052180 Конечную ординату в этой таблице необходимо проверить по выражению: (2.36) arcsin(0,09542) = 5,47549 Определение длины рельсов соединительной части Рисунок 2.8 - Схема рельсовых нитей соединительной части перевода На рисунке 2.8, длины рельсовых нитей соединительной части обозначены Они определяются по формулам: , (2.37) , (2.38) , (2.39) (2.40) l_1 = 20,9 – 18,75 = 5,15 (м); l_2 = (317,460317 + 0,072/2)(0,095820131 – 0,085991887) + 5,249 – 1,101129 = = 256,841939 ∙ 0,009828244 + 4,986-0,66 = 6,85030524 (м); l_3 = 16,024 – 10,944 – 0,66 = 4,419616 (м); l_4 ≅ l_1. Эти длины являются исходными для раскроя рельсовых нитей на отдельные рельсы. При раскрое необходимо учитывать следующие требования: Возможность разборки его на три отдельных блока: стрелочная часть, соединительная, крестовинная часть; В переводе должны максимально использоваться рельсы стандартной длины 12,5 и 25 м. В соединительной части перевода при необходимости должны быть устроены изолирующие стыки. Изолирующие стыки на внешних рельсовых нитях перевода должны находиться в одном пролете между брусьями, и смещены до 1,5 м относительно изолирующих стыков на внутренних нитях, которые также устраивают «на весу» в одном пролете. Стыковые зазоры принимают равными 8-10 мм, кроме зазоров в стыках крестовины которые равны нулю, и зазоров в корне остряков, которые принимают равными 0-5 мм. Длина рельсовых рубок меньше 4,5 м не допускается. Указания к проектированию эпюры Эпюра стрелочного перевода марки М = 1/N представляет собой схему укладки и разбивки, вычерченную в масштабе. На ней указаны основные размеры, необходимые для разбивки на пути, длины и порядок раскладки рельсов в увязке с раскладкой стрелочных брусьев, даны ординаты переводной кривой и ширина колеи в контрольных сечениях перевода. Делают две отдельные схемы: схему укладки и схему разбивки. В зависимости от длины брусья делятся на группы, каждая из которых отличается от соседней на 25 см (от 3,00 до 5,50). Первоначально раскладывают брусья у всех стыков, у острия остряка, на крестовине, а также флюгарочные. На остальной части брусья распределяются возможно равномернее. Величина стыковых пролетов С=420 мм при рельсах Р65 и С=440 мм при Р50. По длине брусья располагаются так, чтобы расстояние, мм, от рабочей грани рельса до торца брусьев было не меньше, чем в пути: e=(2750-1520)/2=615 (мм), (2.41) где 2750 - длина деревянной шпалы, мм; 1520 - ширина колеи, мм. Схема разбивки стрелочного перевода и раскладка брусьев под переводом показаны на рисунке 2.9. Научно-исследовательская часть Основным средством контроля геометрического состояния главных путей является путеизмеритель КВЛ-П на базе путеизмерительного вагона ЦНИИ-2. Его недостатки – малое число измеряемых параметров, недостаточная точность измерения, ограниченная скорость работы из-за механического способа измерений. Для автоматизации обработки информации путеизмерителя ЦНИИ-2 создана бортовая автоматизированная система, расширяющая возможности путеизмерителя. В настоящее время существует несколько основных направления разработок: коренная модернизация КВЛ-П, внедрение высокоскоростных бесконтактных путеизмерительных вагонов, путеизмерительных автомотрис, путеизмерительных тележек. Путеизмеритель системы ЦНИИ-4 – это принципиально новое средство контроля состояния пути. Он предназначен для контроля геометрических параметров рельсовой колеи главных путей, по которым осуществляется движение поездов со скоростями: пассажирских – до 200 км/ч, грузовых – до 90 км/ч, а также для съемки профиля станционных путей – приемо-отправочных, сортировочных и горочных. ВПС ЦНИИ-4 МД используется для съемки фактических параметров пути в профиле и плане; оценки соответствия параметров пути скоростям движения; оценки изменений состояния геометрии рельсовой колеи; паспортизации пути; создания банка данных о фактических параметрах; выявления неисправностей, требующих ограничения скорости или закрытия движения; выявления участков, требующих ремонта и их предпроектного обследования; оценки качества выполнения ремонта пути. За путеизмерителями КВЛ-П остается оперативный контроль состояния рельсовой колеи и ее оценка в соответствии с Инструкцией. Основная особенность путеизмерителя ЦНИИ-4 состоит в том, что он оснащен оптическими датчиками. Это датчики перемещения рельсов относительно кузова и относительно тележки. Также есть механические датчики, которые используются для измерения перемещений кузова относительно тележки, ускорения кузова и букс. Прецизионная гироскопическая система определяет углы поворота в трех плоскостях. В составе контрольно-вычислительного комплекса – три ЭВМ, объединенные в локальную сеть (рис. 4). Значительно увеличено количество измеряемых параметров. В таблице 3 приведены все параметры состояния пути, выдаваемые путеизмерителем ЦНИИ-4. Кроме традиционных параметров, измерявшихся ранее путеизмерителем ЦНИИ-2, введена еще большая группа измеряемых показателей. Поскольку путеизмеритель оборудован ЭВМ, стало возможным вычисление множества других параметров сразу в ходе измерений. Также для целей планирования путевых работ определяются статистические характеристики геометрических параметров пути. Такими характеристиками являются среднеквадратические отклонения параметров состояния пути, вычисляемые на отрезке пути длиной 100 м с последовательной сдвижкой на 20 м – «скользящие» среднеквадратические отклонения (ССКО) и средние значения ССКО, вычисляемые на отрезке заданной длины. По средним значениям ССКО рассчитываются коэффициенты качества пути и соответствующие ему скорости движения. Измеряемые параметры Дополнительно вычисляемые параметры Традиционные Новые Характеристики кривых участков пути Прочие Ширина колеи, положение рельсовых нитей по уровню, просадки пути, стрелы изгиба рельсовых нитей в плане от 20-метровой хорды, скорость движения, пройденный путь Просадки на базе кузова, перекосы на базе тележки, перекосы на базе кузова, уклон профиля, неровности в плане, короткие неровности поверхности катания рельса, ускорения кузова, стыковые зазоры, износ рельсов Положение точек начала и конца кривой, угол поворота, радиус кривой (минимальный, максимальный, средний), длина переходной кривой и крутизна отвода кривизны, смещение, возвышение наружного рельса (минимальное, максимальное, среднее), длина и крутизна отвода по уровню Отметки профиля, приведенные уклоны, стрелы изгиба в плане от 200-метровой хорды (длинные «заводины»), стрелы изгиба в профиле от 200-метровой хорды (длинные просадки), крутизна отводов Таким образом, путеизмеритель ЦНИИ-4 измеряет шестнадцать параметров состояния колеи, а также в ходе измерений определяет местонахождение длинных неисправностей (длиной до 200 м, что значительно больше измерительной базы вагона). Также по результатам обработки измерений после поездки может быть построен продольный профиль пути с указанием приведенных уклонов и ведомость кривых с указанием всех их характеристик. Запись результатов на жесткий диск может производиться с шагом 0,25 м и более. В настоящее время развиваются преимущественно автоматизированные средства контроля состояния рельсов – дефектоскопы со сплошной регистрацией сигнала. Следующее поколение должно предусматривать полную автоматизацию дефектоскопного контроля рельсов. При этом планируется широкое внедрение высокопроизводительных средств сплошного контроля рельсов, в основном базирующихся на ультразвуковых методах. Новые средства контроля предоставляют ряд новых возможностей: измерение координат эхо-сигналов, пересчет координат точек, отраженных от дефектов, представление сигналов в любом масштабе, возможность просмотра сигналов от каких-либо одних отражателей, приведение сигналов к одному сечению. Для сбора, хранения, обработки и анализа результатов контроля рельсов средствами дефектоскопии в пределах линейного подразделения железной дороги разрабатывается программно-аппаратный комплекс мастера участка дефектоскопии с автоматизированной обработкой сигналов (ПАК-НК, программно-аппаратный комплекс неразрушающего контроля рельсов). Все результаты контроля рельсов средствами дефектоскопии, имеющими сплошную регистрацию сигналов, приводятся к единому виду и передаются в программно-аппаратный комплекс цеха дефектоскопии. После автоматической обработки информация представляется в удобном виде (наглядное изображение рельса со всеми внутренними отражателями). Такое изображение легко обрабатывается, и отмечаются места с возможными дефектами. Эти места проверяются более тщательно, с использованием всех функций, регистраторами средств дефектоскопии. ПАК-НК представляет собой АРМ на базе одного персонального компьютера. Результаты проверки состояния рельсов могут использоваться как на рабочем месте мастера дефектоскопии, так и для анализа информации на уровне отделения дороги или службы пути.  Литература Железнодорожный путь:. Под ред. Е.С. Ашпиза. - М.: ФГБОУ «УМЦ», 2013.- 544 с. Железнодорожный путь: учебник для студ. техн. и колледжей ж.-д. трансп. З. Л. Крейнис, В. О. Певзнер. - М.: УМЦ по образов. на ж.-д. трансп., 2009. - 81 с. Железнодорожный путь. Т.Г. Яковлева. - М.: Транспорт, 2001 - 128 с. Бесстыковой путь: Для специалистов ОАО «РЖД». В.Г. Альбрехт, А.Я. Коган. - Транспорт, 2000. - 33 с. Расчеты и проектирование железнодорожного пути: уч. пособие для студентов вузов ж.д. транспорта. В.В. Виноградов, А.М. Никонов, Т.Г. Яковлева и др. - М.: Маршрут, 2003. - 192 с.