Железнодорожный путь

Исходные данные 1. Проектирование одиночного обыкновенного стрелочного перево-да……4 1.1 Общая часть………………………………………………………………….5 1.2 Определение класса, группы и категории пу-ти…………………………..6 2. Определение геометрических параметров одиночного стрелочного перево-да………………………………………………………………………………7 2.1 Основные параметры стрел-ки………………………………………………7 2.2 Начальный стрелочный угол и радиус остря-ка……………………………8 2.3 Длина и угол строжки остря-ка………………………………………………9 2.4 Длина переднего вылета рамного рель-са…………………………………10 2.5 Полный стрелочный угол и длины остря-ков……………………………..10 2.6 Основные параметры крестови-ны…………………………………………12 2.7 Угол и марка крестови-ны…………………………………………………..12 2.8 Длина крестови-ны…………………………………………………………..14 2.9 Длина стрелочного перевода и разбивочные парамет-ры…………………15 2.10 Основные разбивочные размеры стрелочного перево-да…………………15 2.11 Ширина колеи на стрелочном перево-де…………………………………..17 2.12 Величины необходимых тяговых сил……………………………………..18 2.13 Координаты для разбивки переходной кри-вой……………………………18 2.14 Основные параметры контррельсов и усови-ков………………………….20 2.15 Длины рельсов стрелочного перево-да…………………………………….23 2.16 Компоновка эпюры стрелочного перевода и разработка одного из его уз-лов…………………………………………………………………………………25 3. Определение возвышения наружного рель-са…………………………….27 3.1 Основные требования и нормати-вы……………………………………….27 3.2 Методика определения возвышения наружного рельса в кривых на участках смешанного движения грузовых и пассажирских поез-дов……………29 3.2.1 Исходные дан-ные……………………………………………………….29 3.2.2 Порядок расче-та…………………………………………………………29 4. Поперечные профили земляного полотна в сложных услови-ях…………32 4.1 Земляное полотно на болотах и слабых основани-ях……………………..32 4.2 Земляное полотно в районах вечной мерзло-ты…………………………..33 4.3 Земляное полотно в горных и сейсмических райо-нах……………………34 4.4 Земляное полотно на крутых и не устойчивых косого-рах……………….35 5. Водоотводные устройства и сооруже-ния…………………………………36 5.1 Отвод поверхностных вод от земляного полот-на…………………………36 5.2 Сбор и отвод грунтовых вод……………………………………………….38

Исходные данные

1. Эксплуатационные условия работы По участку в грузовом направлении обращаются поезда (в среднем в сутки)

Наименование поезда	Масса одного поезда, т	Количество поездов	Скорость движения, км/ч
Скорые	372	4	115
Пассажирские	390	1	100
Пригородные	370	7	90
Грузовые	2200	2	80

2. Количество путей: 2 3. Радиус кривой: R = 830м; 4. Угол поворота кривой: βк = 33°; 5. Величина сдвижки одного пути на обходе: Ео= 120м; 6. При проектировании стрелочного перевода принять: 6.1. Остряки – гибкие; 6.2. Крестовина сборная с литым сердечником типа общей отливки с изнашиваемой частью усовика: 6.3. Требуемые скорости движения по стрелочному переводу: – по прямому направлению Vn = 105 км/ч; – на ответвление (на боковой путь) Vб = 65 км/ч; 6.4. Допустимые величины ускорений: γ = 0,252м/с2; анп= 0,68 м/с2; 6.5. Допустимые. потери кинетической энергии при ударе Wk = 0,225 м/с.

1 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОДИНОЧНОГО ОБЫКНОВЕННОГО СТРЕЛОЧНОГО ПЕРЕВОДА

1.1 Общая часть

К основным элементам одиночного обыкновенного стрелочного перевода относят: стрелку, комплект крестовинной части, соединительные пути и переводные брусья или другое подрельсовое основание. Проектирование стрелочного перевода является задачей комплексной и предусматривает: определение основных геометрических параметров перевода в целом и его разбивочных размеров, исходя из заданных эксплуатационных условий; расчет геометрических размеров стрелки; определение геометрических размеров крестовины; компоновку эпюры стрелочного перевода (рисунок 1.1).

1.2 Определение класса, группы и категории пути

Класс, группа и категория пути определяются по эксплуатационным параметрам. Скорости движения поездов по участку известны, необходимо определить грузонапряженность. Грузонапряженность определяется по формуле: 〖 T〗_0=(T_с⋅n_с+T_пс⋅n_пс+T_пр⋅n_пр+T_гр⋅n_гр )⋅365, (1.1) где T – вес поезда; n – количество пар поездов T_0=(372⋅4+390⋅1+370⋅7+2200⋅2)⋅365⋅〖10〗^(-6)=3,24млн.ткм брутто⁄км год На основании таблицы 1.1 определяем группу, категорию и класс пути [1]. Таблица 1.1- Классификация главных железнодорожных путей Получаем класс пути 4. Данному классу соответствует следующая конструкция верхнего строения пути (ВСП): 1. Конструкция ВСП: Бесстыковой путь на ж.б. шпалах, звеньевой ж/д путь на деревянных шпалах; 2. Типы и характеристика ВСП: Рельсы Р65 старогодные отремонтированные, рельсы Р50 новые; Скрепления новые и/или старогодные (в том числе отремонтированные); Шпалы новые железобетонные старогодные или новые деревянные; 1600 шт./км (в кривых радиусом 1200 и менее — 1840 шт./км) Балласт щебеночный с толщиной слоя не менее: под железобетонными шпалами – 30см, деревянными шпалами – 25см; Размеры балластной призмы – в соответствии с типовыми поперечными профилями; 3. Конструкция и типы стрелочных переводов Рельсы и металлические части старогодные, брусья железобетонные, новые или старогодные, деревянные новые; 4.Виды работ при замене ВСП: Реконструкция пути; Приложение А. [2]  

2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ОДИНОЧНОГО СТРЕЛОЧНОГО ПЕРЕВОДА

2.1 Основные параметры стрелки

Расчетная схема для определения геометрических параметров стрелки приведена на рисунке 2.1. Рисунок 1.1 — Расчетная схема для определения геометрических параметров стрелки К основным геометрическим параметрам стрелки относятся: βн — начальный угол криволинейного остряка, град.; R0′ — радиус начальной части остряка в зоне возможного удара гребней колес экипажей, м; R0″ — радиус остальной части остряка; λv — длина зоны примыкания остряка к боковой грани рамного рельса (зона горизонтальной строжки); ξv — центральный угол, соответствующий этой зоне (угол горизонтальной строжки остряка); β — полный стрелочный угол; m1 и m2 —длина переднего и заднего выступов рамного рельса; l0— длина криволинейного и прямолинейного остряков. Приложение Б. 2.2 Начальный стрелочный угол и радиусы остряка Начальный угол остряка зависит от наибольшей скорости движения на боковой путь, допустимого угла удара (допустимой потери кинетической энергии), зазора, с которым колесо подходит к остряку, и допустимого центробежного ускорения в начале остряка sinβ_н⩽1/ν_бmax √(W_k^2-2δ_max γ), (2.1) где ν_бmax– наибольшая скорость движения на боковой путь, ν_бmax = 65 км/ч = 18,056 м/с; Wk – допустимый параметр потери кинетической энергии при ударе, Wk = 0,225 м/с; 〖 δ〗_max– максимальный вероятный зазор между гребнем колеса и рамным рельсом, 〖 δ〗_max = 0,036 м ; γ– допускаемая величина внезапно появляющегося центробежного ускорения, γ = 0,252 м/с2. sinβ_н⩽1/18,056 √(0〖,225〗^2-2⋅0,036⋅0,252)=0,009981 β_н=arcsinβ_н=0,009981 рад=0,571869˚=0°〖34〗^’ 〖19〗^» Радиус кривизны начальной части остряка определяется по формуле R’_0=(ν_бmax^2)/γ; (2.2) R’_0=(18〖,056〗^2)/0,252=1293,727 м Радиус остальной части остряка и переводной кривой R^(»_0 )=(ν_бmax^2)/a_нп ; (2.3) R^(»_0 )=(18〖,056〗^2)/0,68=479,44 м 2.3 Длина и угол строжки остряка Горизонтальную строжку головки остряка начинают в точке касания его нерабочей грани с рабочей гранью головки рамного рельса. (рис. 2.1) Угол горизонтальной строжки ξ_υ определяется по формуле: cos ξ_υ = D/(R_0^’ +В_г ) + (R_0^’ ·cosβ_н)/(R_0^’ +В_г ) где cos н  0,99995 cos ξ_υ = (1293,727 ·0,99995)/(1293,727 +0,0728) = 0,999894 ξ_υ = 0,01456 рад = 0,8342270 горизонтальной строжки С определяется по формуле: 〖 λ〗_υ=(R’_0+υ_0 )sinξ_υ-A А=R’_0 sinβ_н=1293,727⋅0,009981=12,913 м λ_υ=(1293,727+0,0728)·0,014559-12,913=5,923 м где sin ξ_υ = 0,014559 где υ_0- ширина головки остряка на расчетном уровне (Р65 — 72,8 мм = 0,0728 м).

2.4 Длина переднего вылета рамного рельса

Длина переднего вылета рамного рельса показана на рисунке 2.2. Рисунок 2.2 — Схема определения переднего выступа рамного рельса Длина переднего вылета рамного рельса определяется по формуле: m_1=(C-δ)/2+∑_(i=1)^(i=n)▒a_i -m_0, (2.6) где С- стыковой пролёт, м, С = 0,42 м; δ-стыковой зазор, м, δ =0,008 м; n- число пролётов, шт. n = 7 шт. m0 — расстояние от оси бруса до острия остряка, м, m0 = 0,041 м; ai — расстояние между осями брусьев, м, ai =0,5 м. m_1=(0,42-0,008)/2+∑_(i=1)^(i=7)▒0,5-0,041=3,665 м Длина переднего вылета рамного рельса составляет 3,665 м.

2.5 Полный стрелочный угол и длины остряков

Полный стрелочный угол и длины остряков показаны на рисунке 2.3. Полный стрелочный угол βп стягивается дугой двойной кривизны равной длине криволинейного остряка l0=l0-1+l0-2, то для определения стрелочного угла необходимо задаться величиной y0 или определить по формуле: y0=tж+υ0, где (2.7) tж — ширина желоба, мм. υ0 — ширина головки остряка на расчётном уровне, мм. (Вг) y0 =133+72,8=205,800 мм=0,2058 м Значение стрелочного угла остряка β определяется по формуле cos β = (R_0^ʹ)/(R_0^ʺ ) (cos βн — cos ξv) + cos ξv — у_0/(R_0^ʺ ) (2.8) где у0 – расстояние между рабочими гранями остряка и рамного рельса в сечении против центра вращения остряка, т. е. ордината в корне остряка, у0 = 206 мм cosβп = 1293,727/473,44 (0,99995 — 0,999894) + 0,999894 – 0,206/473,44 = 0,999616 По значению cosβп определяется угол βп в градусной и радианной мере, а также значение синуса стрелочного угла (sin βп ). βп = 0,027714 рад = 1,5878950 = 10 35ʹ 16ʺ sin βп = 0,02771 Для определения длины остряков вводятся вспомогательные углы φ1 и φ2, которые равны: φ1=ξυ — βн (2.9) φ1=0,8342270 — 0,5718690 = 0,2623580 φ2 = βп — ξυ (2.10) φ2 = 1,5878950 — 0,8342270 = 0,7536680 Длина криволинейного остряка равна: l0=l0-1+l0-2, где (2.11) l0-1 = (πR’_0 φ_1)/180 (2.12) l_((0-1) )=(3,14⋅1293,727⋅0,262358)/180=5,921 м l0-1 = (πR^(»_0 φ_2 ))/180 (2.13) l_((0-2) )=(3,14⋅479,44⋅0,753668)/180=6,303 м l0 = 5,921 + 6,303 = 12,224 м Длина прямолинейного остряка l’_0 определятся по формуле: l’_0 = R’0(sinξυ — sinβн) + R”0(sinβ_п — sinξυ) (2.14) l’_0=1293,727⋅(0,014559-0,009981)+479,44⋅(0,02771-0,014559)=12,223 м Принимаем l’0 = l0 = 12,224 м Рисунок 2.3 — Расчётная схема определения полного стрелочного угла и длин остряков

2.6 Основные параметры крестовины

К основным параметрам крестовины относят: угол крестовины α; марка крестовины 1/N; передний вылет крестовины h; задний вылет крестовины Р.

2.7 Угол и марка крестовины

Примем С как: C=R’_0⋅cosβ_н-(R’_0-R^(»_0 ) )cosξ_υ-S_п, где (2.15) Sп — ширина колеи в прямом пути, м. Sп = 1,520 м C=1293,727⋅0,99995-(1293,727-479,44)·0,999894-1,52=477,942 м Угол α можно определить через вспомогательный угол φ: sin(φ-α)=(C⋅sinφ)/(R_0^»-G) (2.16) sin(φ-α)=(477,942⋅0,999988)/(479,44-0,283)=0,997452 (φ-α) = 1,499395 рад = 85,9090050 = 850〖54〗^’ 〖32〗^» Угол φ определяется по формуле: tgφ=(R_0^»-G)/d_0 , где (2.17) G — величина необходимая для установки ближайших к центру стыковых болтов, м. G = 283 мм = 0,283 м; d_0=n_min+g_k, где (2.18) d0 — предварительная длина прямой вставки, м; nmin — минимальная длина прямой вставки перед крестовиной, м. nmin = 2 м; gк — расстояние от начала крестовины до оси переднего болтового отверстия, м. gк = 316 мм = 0,316 м. d_0=2+0,316=2,316 м tgφ=(479,44-0,283)/2,316=206,889896 φ = arctgφ = 1,565963 рад = 89,723071° = 89°43’23» (φ-α) = 1,499395 рад = 85,9090050 = 850〖54〗^’ 〖32〗^» Определяем угол α: α=φ — (φ — α); (2.19) α= 89,7230710 — 85,909005 = 3,814066° = 3°48’51» Определяем марку крестовины по полученному углу α: 1/N=tgα, где (2.20) tgα=0,0666666; N=1/0,0666666 = 15,00015 Подбираем при N = 15; α=arctg 1/15=3,814065˚=3°〖48〗^’ 〖51〗^» Принимаем марку крестовины равную 1/15. Выполняем корректировку длины прямой вставки (α=3,814065): d=(R_0»⋅cosα-C)/sinα (2.21) d=(479,44⋅0,997785-477,942)/0,066519=6,555 м Рисунок 2.4 — Расчётная схема определения угла крестовины

2.8 Длина крестовины

Длина передней части крестовины определяется по формуле hmin=gк + NG (2.22) hmin =0,316+15∙0,238 = 3,886 м Длина задней части крестовины определяется по формуле: Pmin=(BП+BГ+2ε)N, где (2.23) BП – ширина подошвы рельса, м. BП =0,15 м; BГ– ширина головки рельса, м. BГ =0,075 м; 2ε — расстояние между подошвами рельсов, м. 2ε =0,005 м; Pmin = (0,15+0,075+0,005)∙15 = 3,45 м Теоретическая длина крестовин равна: lKmin=hmin+Pmin (2.24) lKmin= 3,886 + 3,45 = 7,336 м Рисунок 2.5 — Расчётная схема определения основных размеров крестовины

2.9 Длина стрелочного перевода и разбивочные параметры +++++++

Теоретическая длина – это расстояние от начала остряка до математического центра крестовины. LT=R0’(sinξυ — sinβн)+R0”(sinα — sinξυ) + dcosα (2.25) LT=1293,727∙(0,014559 — 0,009981) + 479,44∙(0,066519 — 0,014559) + +6,555∙0,99846 = 37,38 м Полная длина стрелочного перевода определяется по формуле: LП=m1 + LT + P (2.26) LП =3,665 + 37,38 + 3,45 = 44,495 м

2.10 Основные разбивочные размеры стрелочного перевода

Основные разбивочные размеры стрелочного перевода: a0- расстояние от Ц до острия остряка; a0 = LT — b0 (2.27) a0 = 37,38 — 22,834 = 14,546 м a — расстояние от Ц до начала рамных рельсов; a = LП — b (2.28) a = 44,495 — 26,284 = 18,211 м b0 — расстояние от Ц до центра крестовины; b_0=S/(2tg α/2) (2.29) b_0=1,52/(2⋅tg 3,814065/2)=22,834 м b — расстояние от Ц до конца крестовины; b = b0 + Pmin (2.30) b = 22,834 + 3,45 = 26,284 м λ — расстояние от Ц до предельного столбика; λ = λ0 + b0 (2.31) λ = 38,685 + 22,791 = 61,476 м λ0 — расстояние от центра крестовины до предельного столбика; λ_0=(g-S/2)/(tg α/2) (2.32) λ_0=(2,050-1,52/2)/(tg 3,814065/2)=38,757м g — расстояние от предельного столбика до оси путей, м. g =4,100/2=2,050 м Рисунок 2.6 — Схема определения разбивочных размеров стрелочного перевода

2.11 Ширина колеи на стрелочном переводе

Ширина колеи в характерных сечениях стрелочного перевода определяется из условий вписывания обращающегося подвижного состава. В курсовом проекте принимается нормативная ширина колеи в характерных сечениях стрелочного перевода. Места конструктивных измерений: — SPP – ширина колеи в переднем стыке рамного рельса; — SO – ширина колеи у начала остряков; — SБКО, SПКО – ширина колеи в корне остряков по боковому и прямому пути; — SПК – ширина колеи в середине переводной кривой; — SКР – ширина колеи в крестовине и конце кривой; Рисунок 2.7 — Места контрольных проверок ширины колеи Таблица 1.1 — Нормы ширины колеи в мм на обыкновенном стрелочным переводе колеи 1520 мм Тип Марка SPP SO SБКО SПКО SПК SКР Р65 1/15 1520 1521 1520 1520 1520 1520 Допуски, мм +4,-2 +10,-2 +5,-5

2.12 Величины необходимых тяговых сил

Результатом расчета является усилие для перевода каждого из остряков из одного положения в другое и суммарное усилие, реализуемое для этого приводом: l0=a+L0+b, где (2.33) a — расстояние от острия до оси первой тяги; а = 0,36 м; b — длина заделки; b = 2 – 2,5 м; Примем допустимое значение желоба 8,5 см, то для него целесообразным является вариант 4, отсюда l0: l0 = 0,36+14,366+2=16,726 м Примем привод СП-6.

2.13 Координаты для разбивки переводной кривой

Переводная кривая – часть переводного пути, идущая в сторону бокового направления и соединяющая стрелку с крестовиной. Укладывают ее обычными рельсами необходимой длины. Рис. 6 Схема разбивки переводной кривой по координатам х и у Наружная нить переводной кривой укладывается по координатам х. Значениями х задаемся через каждые 2 метра и ведем расчет до значения хк. Координаты начала кривой: x0  0 y0  t Ж  Вг  0,133  0,0728  0,206 м Координаты конца кривой: хк = R_0^(΄΄)·(sin α –sin⁡〖β_п 〗) = 479,44·(0,066519 – 0,02771) = = 18,607 м ук = у0 + R_0^(΄΄)·(cosβ_п- cosα) = 0,206 + 479,44·(0,999616 – 0,997785) = = 1084 мм Результаты расчетов ординат сводим в таблицу 1 Таблица 1

2.14 Основные параметры контррельсов и усовиков

Назначение контррельса — обеспечить безопасность и плавность прохождения тележки подвижного состава через вредное пространство крестовины. Необходимо предотвратить удар гребня колеса в острие сердечника и плавно направить гребень в соответствующий желоб крестовины. Для этого основная рабочая часть контррельса должна перекрывать вредное пространство крестовины, а ширина желоба контррельса tк-0 быть в пределах установленных допусков. Геометрическими характеристиками контррельса являются: lk — полная длина контррельса; xk-0 — длина основной рабочей части; tk-0 — желоб в основной рабочей части; хk-1, хk-2 — длина первого и второго отгибов; γk-1, γк-2 — углы первого и второго отгибов; tk-1, tk-2 — желоба первого и второго отгибов. Нормы содержания ширины желобов стрелочных переводов колеи 1520мм: у крестовины в горле tг = 68 мм; в прямой части усовиков ty-0 = 45 мм; в прямой части контррельса tk-0 = 44 мм; у усовиков и контррельсов: в отведенной части tk-1 = ty-1 = 68 мм, на входах tk-2 = ty-2 = 90 мм. Рисунок 2.8.а. — Схема определения размеров контррельсов и усовиков Полная длина контррельса примерно равна ее проекции на прямое направление: lk  xk 0  2(xk 1  xk 2 ), где (2.39) хk-1, хk-2 — длины первого и второго отвода контррельса; хk-2 = 150 мм — принято из конструктивных соображений. xk 0  (tr  ω40 )N  2ek , где (2.40) N — число марки крестовины; ω40 = 40 мм — ширина сердечника, где возможна полная передача вертикального давления колеса; tr — ширина желоба крестовины в горле; ек = 100 мм — запас длины средней части контррельса; xk 1  (tk 1  tk 0 )ctg k 1, где (2.41) tk-0 — ширина желоба в прямой части контррельса tk-0 = 44 мм; tk-1 — ширина желобов у усовиков и контррельсов в отведенной части tk-1 = 68 мм, γk-1 — угол отвода, не должен превышать допустимого угла удара βк-у: 〖sinγ〗_(k-1)≤sinβ_(k-y)=|W_k |/V_max =0.018, где (2.42) Wk = 0,6 м/с — допустимое значение эффекта удара в отведенную часть контррельса; Vmax — максимальная скорость движения по прямому пути. Если длина контррельса окажется значительно меньше длины крестовины, то ее рекомендуется увеличить, чтобы она была меньше длины крестовины не более чем на 1500 мм. При этом конец контррельса должен отстоять от стыка у конца стрелочного перевода не меньше половины длины накладки. Vmax = 105 км/ч; хк-0 = (0,068+0,04)15 + 0,2 = 1,82 м; sinγk-1=0,018; γk-1=1,031380 = 1̊1’52” хк-1 = (0,068 – 0,044) 55,546298=1,333 м; lk = 1,82 + 2(1,333 + 0,15) = 4,786 м Геометрическими характеристиками усовиков являются (рисунок 2.8): ly — полная длина усовиков; хГ — длина отгиба в зоне вредного пространства; хy-0 — длина основной прямой рабочей части; ty-0 — желоб в основной прямой рабочей части; хy-1, хy-2 — длина заднего первого и второго отгиба; ty-1, ty-2 — желоба заднего первого и второго отгиба; γy-1, γy-2 — углы заднего первого и второго отгиба. Полная длина усовика и длины его отдельных частей: l y  h  ω40 N  xy1  xy 2 (2.43) xy1  (t y 1  t y0 )ctg y1 (2.44) xy2  xk 2  150мм; хГ  (t Г  t y 0 )ctg y 0  t Г N (2.45) xy0  ω40 N  (xГ  t Г N )  min xy0  200мм (2.46) Углы отвода усовиков не должны превышать допустимых углов удара βу-у: (sin⁡〖γ_(y-0) 〗≤|W_(y-0) |/V_max ;sin γ_(y-1)≤|W_(y-1) |/V_max )/([W_(y-0) ]=0,6 m⁄c;[W_(y-1) ]=1,1 m⁄c) Требуется выдержать условие: l_y<h+p xy-1=(0,068-0,045) 26,496451 = 0,609 м ly= 3,886 + 0,04∙15 + 0,609 + 0,15 = 5,095 м < 3,886 + 3,45 = 7,336 м Условие выполняется.

2.15. Длины рельсов стрелочного перевода

Длина рамного рельса равна: lpp = g+l’0+g1, где (2.47) g = 3,665 м ; l’0 = 12,224 м ; g_1=C/2+q_i⋅n+(C-δ)/2 (2.48) g_1=0,42/2+0,5⋅7+(0,42-0,008)/2=3,916 м Lpp=3,665 + 12,224 + 3,916 = 19,805 м Принимаем длину обоих рамных рельсов: lpp = 19,810 м Длина заднего вылета рамного рельса: g1 = lpp — (g + l’0) = 19,810 – (3,665 + 12,224) = 3,921 м Рельсы, примыкающие к рамным рельсам и корням остряков принимаем равными 12,5 м Длины рельсов против крестовины по прямому и по боковому пути принимаем равными 12,5 м Отрезки рельсов (рубки) должны быть по возможности длиннее и во всяком случае не короче 4 – 5 м. Кроме того, рубки рекомендуется располагать возможно дальше от стрелок и крестовин. В связи с переходом к механизированной укладке стрелочных переводов в сборе с переводными брусьями расположение стыков должно позволять делить стрелочный перевод на блоки (блок стрелки, блок крестовины, блок соединительной части). В этом случае корневые стыки остряков и задние стыки рамных рельсов, а также передние и задние стыки крестовин желательно расположить в одном створе. При удлинении корневой части остряков (приваркой отрезков рельсов) и устройстве стыков остряков и рамных рельсов в одном створе необходимо обеспечить возможность монтажа накладок стыка, исходя из принципа, положенного в основу расчета переднего вылета крестовины. Расчетная схема для проверки такой возможности приведена на рисунке 2.9. Рисунок 2.9 — Схема определения возможности удлинения корневой части остряков Расчет проводится по формулам для определения координат переводной кривой. При этом в сечении с контрольной абсциссой: xконтр=lpp-m1-l0-D (2.49) xконтр=19,810 — 3,665 — 12,224 — 0,316 = 3,605 м

2.16. Компоновка эпюры стрелочного перевода и разработка одного из его узлов

Эпюра стрелочного перевода марки М = 1/N представляет собой схему укладки и разбивки, вычерченную в масштабе 1:50 или 1:100. 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. В зависимости от длины деревянные брусья делятся на группы, каждая из которых отличается от соседней на 25 см (3 – 5,5 м). Брусья, на которых располагается переводной механизм и закрепляются переводные тяги, называются флюгарочными. Их длина 3,25 м. Разрешается в переднем вылете рамного рельса, то есть на длине m1 укладывать шпалы. Расстояния между переводными брусьями на соединительной части принимают равными (0,95 – 1 м) апер и по возможности одинаковыми (апер — средний шпальный пролет на перегоне). Под стрелкой и крестовиной целесообразно усиливать основание, для чего брусья укладываются с пролетами примерно на 5—10 % меньшими, чем между шпалами. Рисунок 2.10 — Схемы раскладки брусьев под обыкновенным переводом (изолирующие стыки 1-4, 2-3) Первоначально (рисунок 2.10) 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. Пролет между флюгарочными брусьями 600 мм. Деревянные брусья располагают перпендикулярно оси пути в пределах стрелки до центра перевода, а затем постепенно разворачиваются на 8—10 пролетах и укладывают перпендикулярно биссектрисе угла крестовины α. По длине брусья располагаются так, чтобы расстояние, мм, от рабочей грани рельса до торца брусьев было не меньше, чем в пути: ⅇ=(2700-1520-2⋅75)/2=515 мм, где 2700 — длина ж.б. шпалы, мм; 1520 — ширина колеи, мм; 75 – ширина головки рельса, мм.

3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОЗВЫШЕНИЯ НАРУЖНОГО РЕЛЬСА

Возвышение наружного рельса устраивается в кривых радиусом 4000 м и менее. Согласно инструкции по текущему содержанию железнодорожного пути ЦП-774 от 01.07.2000 r. возвышение с учетом допусков не должно превышать 150 мм.

3.1. Основные требования и нормативы.

По условиям обеспечения безопасности движения поездов номинальное значение максимального поперечного непогашенного ускорения, направленного наружу кривой (aнп), не должно превышать 0,7 м/с2 на уровне буксы подвижного состава. Величина возвышения наружного рельса, обеспечивающая соблюдение этого условия для самого скорого поезда, определяется по формуле: h_(v_max )=12,5 (V_max^2)/R-115 (3.1) По технико-экономическим показателям для сохранения приемлемого уровня расстройств и износов верхнего строения пути грузовые поезда должны следовать по кривым со скоростями, соответствующими диапазону непогашенных ускорений ±0,3 м/с2 Величина возвышения, соответствующая непогашенному ускорению +0,3 м/с2 определяется по формуле: h_(v_█(max@гр) )=12,5 (V^2 max⁡гр)/R-50 (3.2) Величина возвышения, соответствующая непогашенному ускорению -0,3 м/с2 при минимальной скорости движения грузовых поездов определяется по формуле: h_(v_█(min@гр) )=12,5 (V^2 min⁡гр)/R+50 (3.3) В пологих кривых с расчетным непогашенным ускорением менее 0,3 м/с2 возвышение может не устраиваться. При окончательном выборе величины возвышения наружного рельса необходимо проверить возможность его отвода в пределах переходной кривой уклоном установленной крутизны, а также длину прямой вставки между сопряженными кривыми. Уклоны отвода возвышения в зависимости от максимальной скорости движения приведены в табл. 3.1. Таблица 3.1. Уклоны отвода возвышения наружного рельса в зависимости от допускаемых скоростей движения. Полученные в результате расчета возвышения округляются до величин, кратных 5 мм в большую сторону. При производстве работ по устройству возвышения рекомендуется полученную расчетом величину увеличивать на 5 мм с учетом последующих осадок пути. При проектировании переходных кривых рекомендуется принимать величину уклона отвода возвышения на 0,1-0,2 мм/м меньше максимальной. Во всех случаях проверяется величина непогашенного ускорения по формуле: a_нп=〖V_max⁡пас 〗^2/(13∙R)-0.00613∙h (3.4)

3.2. Методика определения возвышения наружного рельсов кривых на участках смешанного движения грузовых и пассажирских поездов.

3.2.1. Исходные данные

Исходными данными для расчета возвышения являются: радиус или радиусы составных кривых: R -830 максимальные реализуемые и используемые для расчета возвышения скорости движения пассажирских и грузовых поездов: Пассажирские – 105 км Грузовые – 70 км минимальные скорости движения грузовых поездов: Грузовые – 50 км существующие длины переходных кривых: ПК-50 м

3.2.2. Порядок расчёта

По формуле (3.1) определяется величина h_(v_■(max@пасс) ), ниже которой возвышение не может быть по условиям безопасности, исходя из не превышения a_■(нп@пасс) = +0,7 м/с2. hv max.пас = 12,5 (V_max^2)/R – 115 = 12,5 〖105〗^2/830 – 115 = 51 мм, принимаем hv max.пас = 55 мм По формуле (3.2.) определяется величина h_(v_(max.гр) ), ниже которой возвышение нежелательно иметь по технико-экономическим соображениям, исходя из не превышения a_(нп.гр)= + 0,3 м/с2. hv max.гр = 12,5 (V_(max.гр)^2)/R – 50 = 12,5 〖70〗^2/830 – 50 = 24 мм принимаем hv max.гр = 25 мм По формуле (3.3.) определяется величина h_(v_(min.гр) ), выше которой возвышение нежелательно иметь по технико-экономическим соображениям, исходя из не превышения a_(нп.гр) = -0,3 м/с2. hv min.гр = 12,5 (V_(min.гр)^2)/R + 50 = 12,5 〖50〗^2/830 – 50 = 87,7 мм принимаем hv min.гр = 90 мм Если величина h_(v_■(max@пасс) ) превышает 150 мм, то в кривой завышена максимальная установленная скорость движения и не соблюдается ограничение по номинальному непогашенному ускорению aнп= 0.7 м/с2 -требуется снижение установленной скорости движения пассажирских поездов. Если h_(v_■(max@гр) ) превышает 150 мм, то требуется ограничение допускаемой скорости движения грузовых поездов. По таблице 3.2. находится формула, по которой определяется установленная величина возвышения hy. В данном случае согласно результатов выполненных расчетов принимаем вариант 1, где: hv min.гр > hv max.пас, т. е. 90 мм > 55 мм hv min.гр > hv max.гр, т. е. 90 мм > 25 мм hv max.пас > hv max.гр, т. е. 55 мм > 25 мм установленное возвышение принимаем равным: hу = hv max.пас. = 55 мм При скорости движения 105 км/ч величину уклона отвода возвышения принимаем равным 1,2 мм/м. При этом длины переходной кривой будет равна: lпер. кр. = 1,2×55 = 66 м принимаем lпер. кр. = 70 м Таблица 3.2. Определение установленного возвышения hy.

4. ПОПЕРЕЧНЫЕ ПРОФИЛИ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА В СЛОЖНЫХ УСЛОВИЯХ.

4.1. Земляное полотно на болотах и слабых основаниях

Различают три типа болот: I – заполненные торфом и другими болотными отложениями устойчивой консистенции, сжимающимися под воздействием насыпи высотой до 3 м; II – заполненные торфом и другими болотными отложениями разной консистенции, в том числе выдавливающимися под воздействием насыпи высотой до 3 м; III – заполненные илом и водой, в том числе с наличием торфяной корки (сплавины). Для возведения насыпи на болотах используют дренирующие грунты. На болотах I и II типов допускается отсыпать земляное полотно из пылеватых песков, легкой крупной супеси. На болотах III типа эти грунты, а также другие глинистые грунты разрешается использовать только для верхней надземной части насыпи. На болотах I типа насыпи высотой до 3 м сооружают с полной или частичной заменой торфа в основании минеральным грунтом. Полное выторфовывание производят на болотах глубиной до 2 м (рисунок 4.1, а), а частичное – более 2 м (рисунок 4.1, б). При частичном выторфовывании болот I типа глубину траншеи назначают из расчета, чтобы сумма высоты насыпи над поверхностью болота и глубины траншеи была не менее 3,5 м. Крутизну откосов выторфовывания принимают от 1:0 до 1:0,5. Насыпи высотой более 3 м на болотах I типа устраивают без замены торфа. На болотах II типа независимо от высоты насыпи торф удаляют полностью. На расстоянии не менее 2 м от подошвы откоса с обеих сторон насыпи устраивают канавы – торфо-приемники (шириной не менее 2 м и глубиной не менее 1 м). На болотах III типа насыпи возводят на минеральном дне. Для нижней части насыпи используют дренирующие грунты, делая крутизну откосов при мелком и пылеватом песке 1:4; при крупно- и среднезернистом песке – 1:2; гравии, гальке, щебне, камне, слабовыветривающихся породах – 1:1,5. Рисунок 4.1. Насыпи на болотах I типа высотой до 3 м: а – с полным выторфовыванием; б – с частичным; H – высота насыпи иад поверхностью болота; h – высота призмы; V – глубина выторфовывания; S – осадка торфа; y – толщина обжимаемого слоя торфа под насыпью.

4.2. Земляное полотно в районах вечной мерзлоты

Районы с вечномерзлыми грунтами составляют значительную часть территории нашей страны. Физико-механические свойства вечномерзлых грунтов зависят от их температуры. Грунты, имеющие температуру на глубине нулевых амплитуд выше -1 °С, относят к высокотемпературным, а грунты с температурой -1 °С и ниже – к низкотемпературным. Глубиной нулевых амплитуд называют глубину, на которой температура вечномерзлого грунта в течение года остается постоянной (принимают равной 10 м). На слабом и просадочном основании и на участках с подземными льдами насыпи сооружают по индивидуальным проектам. При высокотемпературных вечномерзлых грунтах на участках насыпей высотой до 1 м и на нулевых местах залегающие в основании переувлажненные глинистые грунты вырезают на глубину, определяемую расчетом. Так же поступают и с глинистыми грунтами, слагающими основную площадку в выемках, поскольку они при оттаивании переходят в текучее состояние.

4.3. Земляное полотно в горных и сейсмических районах

В горных районах насыпи возводят из камня по типовому профилю высотой до 12 м при поперечном уклоне местности не круче 1:3. Выемки глубиной до 16 м в слабовыветривающихся скальных породах при поперечном уклоне местности не круче 1:3, отсутствии трещиноватости и наклона пластов в сторону пути сооружают по типовым проектам. Через 300 м с каждой стороны выемки в шахматном порядке располагают камеры (6×2, 8×2,5 м) для временного складирования отдельных материалов верхнего строения пути, инструмента и механизмов. Между камерами устраивают ниши (3×2×1 м) для укрытия линейных работников (рисунок 4.2). В таких выемках обычно вместо кюветов для отвода атмосферной воды устраивают лотки. Для возможности смены шпал расстояние от оси крайнего пути до откоса выемки на уровне подошвы шпалы должно быть не менее 3,7 м. Рисунок 4.2. – Выемка в скальных грунтах В выемках, разработанных в легковыветривающихся скальных породах, на уровне основной площадки устраивают полки шириной 1–2 м. Они необходимы для предотвращения засорения лотков (кюветов) грунтом, вымываемым или обваливающимся с откосов. При строительстве железных дорог в горных районах, подверженных каменным обвалам, осыпям и снежным лавинам, устраивают противообвальные галереи (рисунок 4.3.) или улавливающие траншеи. При сейсмичности 7–9 баллов крутизну откосов насыпей и выемок с рабочими отметками более 2 м делают положе (вместо 1:1,5 принимают 1:1,7; вместо 1:2 – 1:2,2), на косогорах с крутизной от 1:2 до 1:1 насыпи заменяют эстакадами или укрепляют подпорными стенками. В таких районах при сейсмичности 8 баллов наибольшая высота насыпи 15 м, а при 9 баллах – 12 м; откосы земляного полотна укрепляют дерном и растительностью. Рисунок 4.3. – Противообвальная галерея на скальном участке: 1 – железобетонная перемычка; 2 – окна сечением 150×400 мм через 4 м; 3 – ось пути; 4 – ось галереи; 5 –местный грунт; 6 – гидроизоляция; 7 – мятая жирная глина

4.4. Земляное полотно на крутых и неустойчивых косогорах

Конструкция насыпей на косогорах включает в себя элементы, обеспечивающие устойчивость ее от сдвига по склону: нагорную канаву, берму, уступы в основании насыпи, в необходимых случаях подпорные стенки (рисунок 4.4.), контрбанкеты и контрфорсы. Контрбанкет представляет собой призму, отсыпанную у откосов насыпей из грунтов, дренирующие свойства которых не хуже, чем у грунтов насыпи. Размеры контрбанкета определяют расчетом. Контрфорс представляет собой короткий контрбанкет, вмонтированный в откос насыпи, из бутовой кладки на цементном растворе или длинную продольную (вдоль оползневого склона) «ленту» каменной кладки. Рисунок 4.4. – Насыпь на косогоре с подпорной стенкой: 1 – застенный дренаж; 2 – подпорная стенка; 3 – водоотводные отверстия; 4 – лоток; 5 – железобетонная консоль

5 ВОДООТВОДНЫЕ УСТРОЙСТВА И СООРУЖЕНИЯ.

Чтобы предотвратить переувлажнение грунтов земляного полотна поверхностными водами, предохранить их от вредного воздействия грунтовых вод и защитить от размывного действия текущей воды, проектируют специальные сооружения и устройства. Предупреждают переувлажнение земляного полотна, не допуская застоя поверхностных и производственных вод. Для этого его поверхность выравнивают и устраивают поперечные и продольные водоотводы: канавы, лотки, ливневую (дождевую) канализацию на станциях и другое. Продольные уклоны этих водоотводных сооружений должны быть не менее 3 ‰, но в трудных условиях (поймы рек, болота) допускаются 2 ‰ и в исключительных случаях – 1 ‰

5.1. Отвод поверхностных вод от земляного полотна

Для сбора и отвода поверхностных вод от земляного полотна служат канавы и лотки. Водоотводные канавы, как правило, имеют трапецеидальное сечение, наиболее удобное для их устройства, ремонта и содержания. Размеры канав устанавливаются расчетом по наибольшему расходу воды Qpacч. Расход воды определяют по нормам поверхностного стока в зависимости от размеров бассейна, интенсивности ливней, крутизны дна лога и его боков и водопроницаемости почвы. Этот расход непостоянен по длине канавы и увеличивается от верховья к устью. В длинных канавах (более 100–200 м) расход определяется в нескольких поперечных сечениях, и канава проектируется отдельными участками. Рисунок 5.1. – Поперечное сечение водоотводной канавы При неустойчивых грунтах, а также при большой глубине канав для сокращения объема земляных работ вместо канав устраивают лотки, преимущественно железобетонные (рисунок 5.2), каменные, бетонные, а в местностях, богатых лесом, как исключение, – деревянные. Форма их может быть различной: трапецеидальной, прямоугольной, полукруглой и треугольной. Рисунок 5.2. – Железобетонный лоток рамного типа: 1 – железобетонные плиты; 2 – заполнение песком; 3 – железобетонные рамы; 4 – цементная смазка; 5 – тощий бетон; 6 – песчано-щебеночная подготовка толщиной 5 см; 7 – тощий бетон; 8 – дренажные отверстия При крутом уклоне местности, чтобы не делать дорогостоящее укрепление канав, последние проектируют с пологими уклонами, сопрягая отдельные участки быстротоками или перепадами. Перепад представляет собой устройство с одним или несколькими уступами, позволяющими на относительно коротком расстоянии значительно понизить уровень текущей воды (рисунок 5.3). Та же цель может быть достигнута устройством быстротока (рисунок 5.4), то есть короткого канала с большим продольным уклоном (i = 0,1÷0,8). В перепадах и быстротоках течение воды достигает больших скоростей, поэтому в конце их сооружают водобойные колодцы и уступы. Рисунок 5.3 – Двухступенчатый перепад с водобойными уступами Рисунок 5.4 – Железобетонный быстроток: 1 – входной участок; 2 – примыкание быстротока к трубе

5.2. Сбор и отвод грунтовых вод

Наличие грунтовой воды, протекающей в водоносных слоях и просачивающейся в почву с поверхности, уменьшает сопротивление сдвигу, несущую способность грунта и вызывает другие вредные явления в земляном полотне. Вода оказывает и химическое воздействие на грунт. Она растворяет минеральные частицы, содержащиеся в некоторых грунтах, и образует подземные пустоты (карсты). Если грунтовые воды угрожают нарушению прочности и устойчивости земляного полотна, то необходимо или перехватить, собрать и отвести их в сторону от земляного полотна, или понизить их уровень. Для этого служат дренажные устройства. К ним относятся открытые дренажные канавы, лотки, закрытые дренажи траншейного типа, штольни, дренажные колодцы. Канавы и лотки с открытой водосборной частью одновременно отводят и грунтовые, и поверхностные воды. Грунтовые воды поступают в канаву, просачиваясь через ее боковые стенки и дно, или только откосы, если канава заглублена в водоупорной слой. Как дренажное устройство канавы применяют при неглубоком залегании грунтовых вод. Лотки (смотрите рисунок 5.2) для фильтрации воды из грунта имеют отверстия в боковых стенках. В нижней же части лотка отверстий нет. Это сделано во избежание инфильтрации воды из лотка в грунт. Дну лотка придают уклон не менее 0,003–0,005, укрепляют его в соответствии с расчетной скоростью. Подземные водоотводы для осушения грунтов, понижения уровня грунтовых вод и отвода их от земляного полотна называются дренажами. Устраивают их в водонасыщенных грунтах, подвергающихся неравномерному вспучиванию при замерзании. Наибольшее распространение получили подкюветные дренажи, предназначенные для понижения уровня грунтовых вод под основной площадкой земляного полотна. Ось подкюветного дренажа располагают на расстоянии 3700 мм от оси пути. В зависимости от того, врезается дно дренажа в водоупорный слой или не доходит до него, различают совершенные и несовершенные дренажи. Если водоупорный слой залегает на глубине до 4 м от бровки земляного полотна, то обычно устраивают совершенные дренажи (рисунок 5.5, а), если глубже, – несовершенные (рисунок 5.5, б). Ширина траншеи при ручной разработке 0,8–1,0 м при глубине до 2 м и 1–1,5 м при глубине более 2 м. Траншее придают продольный уклон не менее 3‰, а на дне укладывают дрену. При небольшом поступлении воды дрену устраивают в виде слоя щебня или гравия, чаще же она представляет собой гончарную трубу внутренним диаметром 12,5–17,5 см с отверстиями для поступления воды. Устройство таких дренажей очень сложно и требует больших затрат труда. Рис. 6 – Подкюветный дренаж: 1 – одиночное мощение; 2 – утрамбованный глинистый грунт; 3 – два слоя дерна; 4 – крупнозернистый песок; 5 – щебень или гравий; 6 – щебень или галька; 7 – перфорированная труба; 8 – утрамбованный щебень; 9 – деревянные доски; 10 – кривая депрессии

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Правила технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации/ Утв. приказом Министерства транспорта Российской Федерации от 21.12.2010 .№286 с изменениями от 09.02.2018 №54. Альбом чертежей верхнего строения железнодорожного пути/МПС РФ (ПТКБ ЦП). — М.: “Транспорт”, 1995 г. с. 160. Расчёт и проектирование железнодорожного пути: Учебное пособие для студентов вузов ж.-д. трансп./ В.В. Виноградов, А.М. Никонов, Т.Г. Яковлева и др.; Под ред. В.В. Виноградова и А.М. Никонова. — М.: Маршрут, 2003. — 486 с. Железнодорожный путь / Т.Г. Яковлева, Н.И. Карпущенко, С.И. Клинов, Н.Н. Путря, М.П. Смирнов; Под ред. Т.Г. Яковлевой. М.: Транспорт. 1999. 405 с. Железнодорожный путь: учебник / Е.С. Ашпиз, А.И. Гасанов, Б.Э. Глюзберг и др.; под ред. Е.С. Ашпиза. — М.: ФГБОУ «Учебно методический центр по образованию на железнодорожном транспоте», 2013. — 544 с. Временное руководство по определению возвышения наружного рельса и допускаемых скоростей движения в кривых / В.Б. Каменский, В.О. Певзнер. — М.: «ВНИИЖТ», 2009. — 32 c.