Принципы проектирования и выбора конструкции пути. (ПК-15)

Новые линии, вторые пути, отдельные сооружения и устройства железных дорог, внешние подъездные пути колеи 1520 мм, принадлежащие железным дорогам, предприятиям и организациям, а также их реконструкцию проектируют по нормам и правилам, утвержденным Государственным комитетом по делам строительства «Железные дороги колеи 1520 мм общей сети. Нормы проектирования», соблюдая государственные стандарты. Устав железных дорог, Правила технической эксплуатации железных дорог, противопожарные и санитарные нормы, технические условия и нормы проектирования в районах вечной мерзлоты, а также опасных в сейсмическом отношении, требования к обеспечению безопасности движения поездов и охраны труда рабочих и служащих. Руководствуются при этом и разработанной в развитие СНиП Инструкцией по проектированию станций и узлов на железных дорогах.

Проекты железнодорожных линий состоят из двух разделов. В экономическом разделе на основе изысканий и других источников уточняют и определяют характер и размеры ожидаемых перевозок, массу поездов, нагрузку вагонов, коэффициенты неравномерности перевозок. Этот раздел содержит все необходимые данные для обоснования экономической эффективности и целесообразности постройки линий, сроки строительства, основанные на народнохозяйственных потребностях, и другое. Технический раздел содержит все проектно-сметные материалы и расчеты – обоснование выбора направления линии с учетом геологических и климатических условий, ее трассы, плана и профиля, размещения и схем раздельных пунктов, конструкций типовых и индивидуальных сооружений и устройств, организации эксплуатации и строительства линии. Этот раздел содержит также различные технико-экономические показатели (стоимость 1 км линии, эксплуатационные расходы на 1 км линии и 1 т грузооборота, показатели народнохозяйственной рентабельности и сравнение их с показателями аналогичных ранее построенных линий и экономно запроектированных сооружений).

Проекты новых линий, вторых путей и реконструкции существующих железных дорог разрабатывают, учитывая развитие других видов транспорта как составных частей единой транспортной системы и предусматривая широкое применение и эффективное использование новой техники, прогрессивных конструкций, комплексную механизацию и автоматизацию производственных процессов, в том числе управления движением, прогрессивные методы эксплуатации, высокие скорости движения поездов, прочность и устойчивость пути, плавность и безопасность движения, наибольшие удобства пассажирам, и высокую производительность труда. При этом стараются максимально использовать существующие устройства и сооружения и выбрать рациональную очередность строительства и оснащения линии, учитывая необходимость сокращения объема первоочередных затрат. Потребную пропускную и перерабатывающую способность перегонов, узлов и станций устанавливают по размерам пассажиро- и грузооборота, определяемым на основе экономических изысканий с учетом неравномерности перевозок по месяцам, необходимых технологических перерывов для содержания и ремонта сооружений и устройств, а также резерва для погашения внутрисуточных колебаний размеров движения поездов. Коэффициент, учитывающий все это, принимают равным при проектировании новых однопутных линий 0,8, двухпутных линий, вторых путей и путей необщего пользования – 0,85; при усилении существующих линий и проектировании дорог с сезонным характером перевозок коэффициент устанавливает заказчик в задании на проектирование. На участках с пригородным движением учитывают необходимость пропуска поездов в интенсивные периоды максимальных перевозок (часы «пик»).

Разработке проекта предшествует техническое задание на проектирование, которое содержит следующие данные: назначение линии, ее начальный и конечный пункты, длина приемо-отправочных путей, сроки строительства, руководящий уклон, род тяги, тип локомотива. Решение о проектировании и строительстве железнодорожных линий, узлов и крупных станций принимают на основе схемы развития транспорта в перспективе, которая устанавливает их экономическую целесообразность и народнохозяйственную необходимость.

Проектируют железнодорожные линии, станции и узлы в зависимости от их сложности по решению заказчика в одну или две стадии.

Объекты, строить которые предполагают по типовым или ранее использованным проектам, а также технически несложные проектируют в одну стадию – составляют рабочий проект со сводным расчетом стоимости по сметам к типовым и повторно используемым проектам, привязанным к местным условиям.

Крупные и сложные стройки проектируют в две стадии – проект со сводным сметным расчетом стоимости (первая стадия) и рабочая документация со сметами (вторая стадия). Стоимость строительства определяют по укрупненным сметным нормативам, прейскурантам и стоимостным показателям объектов-аналогов.

Выбрать то или иное, но лучшее (оптимальное) решение можно сравнением вариантов по строительным затратам и эксплуатационным расходам, а также по ряду признаков, характеризующих качество данного сооружения, которое нельзя оценить в стоимостном выражении, например удобства поездки, обеспечение градостроительных требований, охрана природы, загрязнение воздушного бассейна, занятие ценных сельскохозяйственных земель. Первые показатели называются денежными, а вторые – качественными. Варианты принято сравнивать по тем элементам строительства, которые различаются характером и объемами работ. В качестве показателя выгодности принимают срок окупаемости Т затрат или коэффициент сравнительной эффективности Е:

Т = (К₁ – К₂) / (Э₂ – Э₁);

Е = 1 / Т = (Э₂ – Э₁) / (К₁ – К₂),

где К₁, К₂ – капитальные вложения в постоянные сооружения и подвижной состав в конкурирующих вариантах;

Э₁, Э₂ – соответственно затраты на эксплуатацию сооружений за определенный период (обычно год).

В эксплуатационные расходы включают заработную плату рабочих и служащих, расходы на топливо и смазочные материалы, пробег вагонов, локомотивов и поездов, простой подвижного состава, текущий ремонт сооружений и устройств, а также амортизационные отчисления (на капитальный ремонт и восстановление). Срок окупаемости и коэффициент сравнительной эффективности более дорогого сооружения сопоставляют с нормативными значениями этих показателей. Если Т менее нормативного или Е более нормативного, то выбирают вариант, требующий больших капиталовложений и меньших эксплуатационных расходов; в противном случае принимают другой вариант с меньшими капитальными вложениями и большими эксплуатационными расходами. Нормативный (то есть допустимый) срок окупаемости в народном хозяйстве Т_н = 8 лет и соответственно нормативный коэффициент эффективности Е_н = 0,12. Так следует сравнивать два варианта при единовременном (одноэтапном) строительстве, когда эксплуатационные расходы в его процессе не изменяются по годам. Если вариантов несколько (более двух), но строительство также одноэтапно, а эксплуатационные расходы неизменны, то варианты удобнее сравнивать по так называемым годовым приведенным расходам

П_i = Э_i + Е_н·К_i,

где Э_i – годовые эксплуатационные расходы в рассматриваемом варианте;

К_i – капитальные вложения.

Предположим, что неизменные годовые эксплуатационные расходы в первом варианте 25 млн. руб. и во втором 30 млн. руб., а капитальные вложения в постоянные устройства и приобретение подвижного состава соответственно 65 млн. и 50 млн. руб., тогда П₁ = 25 + 0,12·65 = 32,8, а П₂ = 30 + 0,12·50 = 36,0 млн. руб.

Выбирают первый более экономичный вариант.

Многие транспортные сооружения строят постепенно – этапами. В этом случае затраты на строительство и эксплуатацию оценивают с учетом их отдаления

В_t = 1 / (1 + Е_нп)^t,

где t – период (в годах) от исходного года, к которому приводятся затраты (обычно год окончания строительства первого этапа), до окончания данного этапа;

Е_нп – норматив для приведения разновременных затрат к исходному году, равный 0,08.

Капитальные вложения какого-либо этапа строительства складываются из затрат к его началу в постоянные устройства К_пу и на приобретение подвижного состава К_п, дополнительных затрат K_гt на подвижной состав и стоимости перевозимых грузов, ежегодно изменяющихся обычно из-за роста грузо- и пассажирооборота в течение данного этапа. Приведенные строительно-эксплуатационные расходы на каждом рассматриваемом этапе развития равны

где t_н – период в годах с момента окончания первого этапа (исходный год) до окончания рассматриваемого этапа;

t_п – продолжительность этапа;

Э₁ – эксплуатационные расходы в первый год данного этапа;

Э_гt – ежегодный, начиная со второго года и кончая последним, прирост (по сравнению с Э₁) эксплуатационных расходов.

Аналогичные расчеты делают для других вариантов и выбирают наилучший.

Практика показывает, что обычно транспортные объекты проектируют не более чем на три этапа строительства по расчетным размерам грузо- и пассажирооборотов пятого, десятого годов и перспективным.

Таблица 1

 

138. Параметры рельсовой колеи в прямой и в кривой. Боковой износ рельсов.

 

Рельсовая колея на прямых участках пути характеризуется: шириной колеи, положением рельсовых нитей по уровню и подуклонкой. На рис. 1 показана колесная пара, находящаяся на рельсовой колее в прямом участке пути.

Размеры ширины колеи S, насадки колес Т и толщины гребней h (рис. 1) с учетом допусков и износа колес установлены ПТЭ.

Шириной колесной колеи q (колесной пары) называют расстояние между рабочими гранями гребней (реборд) колес в расчетной плоскости. Последняя расположена на 10 мм ниже средних кругов катания колес (для неизношенных колес и рельсов).

 Рис. 1. Положение колесной пары в рельсовой колее на прямом участке пути:

а – ширина колеса; δ₁, δ₂ – зазоры между гребнями колес и рабочими гранями головок рельса; h₁, h₂ – толщина гребней колес; μ – утолщение гребней колес выше расчетной плоскости; Т – насадка колес; q – ширина колесной пары; S – ширина колеи

В кривых участках железнодорожного пути рельсовая колея устраивается с учетом следующих особенностей.

1. При движении железнодорожного экипажа по кривой появляется сила инерции, которую обычно называют центробежной силой. Эта сила создает дополнительное давление на наружную рельсовую нить и вызывает крен кузова на рессорах, в связи с этим рельсы быстрее изнашиваются, возникают отбои рельсовых нитей, увеличиваются напряжения в элементах верхнего строения пути, пассажиры испытывают неприятные ощущения. С целью нейтрализации вредного влияния центробежной силы в кривых приподнимают наружную рельсовую нить над внутренней, т. е. устраивают возвышение наружной рельсовой нити.

2. При переходе экипажа из прямой непосредственно в круговую кривую внезапно появляется центробежная сила. Для исключения динамического эффекта – внезапного воздействия экипажа на путь, вызывающего боковой толчок при входе экипажа в кривую и выходе их нее, между круговой кривой и прямой устраивают особую кривую – переходную.

3. Для облегчения вписывания (прохода) тележек экипажей в кривые участки пути (R < 350 м) устраивают уширение рельсовой колеи.

4. Для соблюдения требований габарита приближения строений (С) в кривых двухпутных линий увеличивают междупутные расстояния.

5. С целью обеспечения расположения рельсовых стыков в одном створе (по «наугольнику») укладывают по внутренней нити укороченные рельсы.

Параметры рельсовой колеи как в прямых, так и в кривых участках пути должны обеспечивать безопасное движение экипажей и минимизировать их силовое воздействие на путь. Поэтому размеры и конструктивное оформление рельсовой колеи определяются во взаимосвязи ее с ходовыми частями подвижного состава, т. е. размерами и конструктивными особенностями ходовых частей экипажей, в частности, колесных пар.

Боковой износ рельсов проверяется ежегодно в IV квартале. Плавность хода поездов в кривых проверяется не меньше пяти раз в месяц проездами на хвостовой площадке поезда или на локомотиве (по два раза старшими дорожными мастерами и дорожными мастерами и один раз начальником дистанции) Положение кривых по хордам проверяется не менее двух раз в год, при этом стрелы изгиба, возвышение наружного рельса и ширина колеи, а также отводы возвышения и уширения в пределах переходных кривых сравниваются с паспортными. Точки деления кривой, участки отводов возвышения и уширения отмечаются масляной, краской на шейке рельсов.

Боковой износ рельсов типа Р65 не должен превышать 15 мм ( Р50 - 13 мм), даже если приведенный износ не достиг предельного норматива. Это особенно важно на кривых участках малого радиуса, где быстро развивается боковой износ.

В крутых кривых наблюдается интенсивный боковой износ рельсов наружных нитей кривых.

Интенсивность бокового износа рельсов, как и уширения колеи определя­ются прежде всего радиусом кривых. Так в кривых радиусом 300 м, ин­тенсивность бокового износа в целом в 1,5 раза выше, чем в кривых радиусом 400 м. На участке с высокой осевой нагрузкой боковой износ рельсов и уширение колеи происходят более интенсивно.

Рельсосмазыватели применяются на тех участках пути, где интенсивность бокового износа рельсов превышает 2 - 3 мм от пропуска 100 млн. т груза брутто. В зависимости от интенсивности бокового износа ( более 2 - 3 мм) они могут применяться только в летний период или круглый год. Их устанавливают в начале кривого участка, в том месте, где на рельсе отчетливо заметны признаки давления гребней колес.

В крутых кривых, особенно на горных перевальных участках, наблюдается интенсивный боковой износ рельсов наружных нитей кривых.

Это облегчает их вписывание в кривые, но приводит к увеличению бокового износа рельсов. Поэтому устанавливают упругие возвращающие устройства между тележками и между кузовом и тележками, которые снижают боковые силы.

Увеличение поля допусков не принесет пользы еще и потому, что большого бокового износа рельсов в прямых не бывает; следовательно, значительное уширение колеи может получиться только за счет расстройства скреплений рельса с опорами ( сдвиг костылей или шурупов, сдвиг подкладки по шпале), но при этом степень закрепления рельса па опоре настолько снижается, что требуется перешивка пути независимо от величины уширения колеи.

Рельсосмазыватели, как правило, устанавливают в тех кривых, где в среднем боковой износ рельсов без смазывания превосходит 2 - 3 мм после прохода 100 млн. т брутто груза. Рельсосмазыватели устанавливают в начале кривой, в зоне, где появляются первые признаки касания колес ( засветленный металл) о боковую грань рельса. В этой предварительно намеченной зоне на боковую грань головки рельса вручную наносят тонкий слой графитовой смазки, после прохода поезда определяют, где произошло заметное снятие смазки гребнями колес. В этом месте и ставят рельсосмазыватель.  

Для уменьшения числа перешивок и, следовательно, сохранения деревянных шпал разрешается содержать ширину колеи более установленных допусков на величину фактического бокового износа рельсов в кривых радиусом от 650 до 300 м для пути на деревянных шпалах и 1000 м и менее для пути с железобетонными шпалами. При этом, однако, ширина колеи не должна превышать при радиусе кривой 650 - 451 м 1535 мм, при радиусе 450 - 351 м - 1540 мм, при радиусе 350 - 300 м - 1545 мм.

Сорбитизация особенно необходима для рельсов, уложенных на грузонапряженных участках пути, как метод борьбы с контактной усталостью, выражающейся в местных выкрашиваниях и как метод борьбы с боковым износом рельсов.

Контррельсы на кривых укладываются у внутренней рельсовой нити или у обеих нитей. Контррельсы у внутренней нити укладываются для предотвращения бокового износа рельсов наружной нити и во избежание отбоя рельсов. Контррельсы у обеих нитей укладываются в тех случаях, когда ширину колеи на кривой приходится принимать более 546 мм. К таким решениям на магистральных дорогах прибегают очень редко и поэтому данный вопрос подробно не рассматривается.

Кривые малого радиуса вырывают необходимость снижения скорости движения ( наибольшая скорость движения в кривой в зависимости от. R может быть приближенно определена по формуле утах4 6 - / лГ, км / ч):, повышенный боковой износ рельсов и колес подвижного состава, удлинение линии, повышают сопротивление движению и ухудшают, видимость.

   В качестве антиаварийной пластичной смазки применяют смазку ЖА ( ТУ 32 ЦТ 550 - 73), добавляя ее к осевому маслу при неисправности букс подвижного состава железных дорог. Разрезные дышловые подшипники, пальцы кривошипов и подшипников с плавающими втулками смазывают брикетной смазкой ЖД ( ТУ ЦТ 548 - 73), работоспособной до 80 С. Для уменьшения бокового износа рельсов на кривых участках пути и гребней бандажей колесных пар применяют пластичную смазку ЖР ( ТУ ЦТ 553 - 73) при температуре от - 30 до 80 С.

Смазывание рельсов не всегда требуется круглый год. Как правило, достаточно рельсы смазывать только в летний период, потому что зимой и без смазки износ рельсов в несколько раз медленнее, чем летом. Практика показала, что боковой износ рельсов при исправной работе путевых рельсосмазывателей снижается в 4 - 5 раз. Затраты на установку и эксплуатацию рельсосмазывателей небольшие. Один исправно работающий рельсосмазыватель обеспечивает надежное смазывание 3 - 5 км кривых одного направления.

Смазывание рельсов не всегда требуется круглый год. Как правило, достаточно рельсы смазывать только в летний период, потому что зимой и без смазки износ рельсов происходит в несколько раз медленнее, чем летом. Практика показала, что боковой износ рельсов при исправной работе путевых рельсосмазывателей снижается в 4 - 5 раз. Затраты на установку и эксплуатацию рельсосмазывателей небольшие. Один исправно работающий рельсосмазыватель обеспечивает надежное смазывание 3 - 5 км кривых одного направления.

Смазка рельсовая ЖР, ТУ 32 ЦТ 553 - 73, - натриево-кальцие-вая, на смеси масла осевого 3 и велосита. В смазку введены сера и озокерит. Применяют на железнодорожном транспорте для уменьшения бокового износа рельсов и гребней бандажей колесных пар подвижного состава при скольжении на кривом участке пути. Выпускается двух марок: ЖР Ед - единая для летнего периода и зимой до температуры наружного воздуха - 30 С и ЖР 3 для зимнего периода при температуре наружного воздуха до - 35 С.

К содержанию пути в кривых предъявляются более строгие требования. В кривых необходимо чаще подбивать шпалы, добивать костыли, подтягивать болты в стыках, довертывать шурупы и гайки клем-мных болтов. Балластная призма должна быть заправлена с обеспечением ширины плеч не менее 25 см Для предупреждения бокового износа рельсов перед кривыми участками устанавливаются рельсо-смазыватели.

По линии допусков для предыдущей степени неисправностей определяется протяжение мест с отступлениями по шаблону и степень неисправности этих мест для оценки их в баллах. Так как неисправности I степени оцениваются нулевым баллом, то на ленте штрафуются только те отступления, которые вышли за пределы линий допусков - 2 мм и 6 мм. При этом необходимо учитывать, что для кривых радиусом от 650 до 300 м при боковом износе рельсов допускаемые отклонения увеличиваются на величину фактического износа внутренней гращ головки рельсов.

 

139. Назначение, длина и эксплуатационные требования к рельсам.

Основной несущий элемент верхнего строения пути – рельсы. Они представляют собой стальные брусья специальных сечений, по которым движется подвижной состав. Стандартными и общепринятыми рельсами на всех дорогах мира являются рельсы широкоподошвенные.

Широкоподошвенный рельс (рис. 1) состоит из трех основных частей:

· головки;

· подошвы;

· шейки, соединяющей головку с подошвой.

Рельсы являются главнейшим элементом верхнего строения пути. Они предназначены:

· непосредственно воспринимать давления от колес подвижного состава и передавать эти давления нижележащим элементам верхнего строения пути;

· направлять колеса подвижного состава при их движении;

· на участках с автоблокировкой служить проводником сигнального тока, а при электротяге – обратного силового тока. Поэтому рельсовые нити должны обладать необходимой электропроводимостью.

Основные требования к рельсам состоят в том, что они должны быть устойчивыми и прочными; обладать наибольшим сроком службы; обеспечивать безопасность движения поездов; быть удобными и недорогими в эксплуатации и изготовлении.

 

Если более подробно, то назначение и экономические соображения определяют следующие требования к рельсу:

1. Для обеспечения безопасности движения поездов, имеющих большие осевые нагрузки, с максимальными скоростями рельсы должны быть более тяжелыми. В то же время для экономии металла и удобства погрузки, выгрузки, смены эти же рельсы должны иметь рациональный и по возможности наименьший вес.

2. Для лучшего сопротивления изгибу под подвижной нагрузкой рельсы должны быть достаточно жесткими (иметь наибольший момент сопротивления). В то же время во избежание жестких ударов колес о рельсы, могущих вызвать излом отдельных деталей ходовых частей подвижного состава, а также расплющивание и даже излом рельсов, необходимо, чтобы рельсы были достаточно гибкими.

3. Для того чтобы рельсы от ударно-динамических воздействий колес подвижного состава не ломались, материал рельсов должен быть достаточно вязким. Ввиду же концентрированной передачи давлений от колес по очень небольшим площадкам в местах контакта колес рельсов требуется, чтобы металл рельсов не сминался, не истирался, дольше служил и был достаточно твердым.

4. Для обеспечения достаточной силы сцепления между рельсами и движущими колесами локомотивов необходимо, чтобы поверхность катания рельсов была шероховатой. Для уменьшения же сопротивления движению остальных колес – вагонов, тендеров и поддерживающих колес локомотивов – необходимо, чтобы поверхность катания рельсов была гладкой;

5. Для стандартизации элементов верхнего строения пути, приводящей к простоте и удешевлению их содержания, необходимо, чтобы число типов рельсов было наименьшее. Из интересов же экономии металла немыслимо, чтобы на всех линиях железных дорог независимо от грузонапряженности, осевых нагрузок и скоростей движения поездов укладывались рельсы одного типа. Число типов рельсов должно быть минимальным, но разумным.

Таким образом, требования и условия, которым должны удовлетворять рельсы, являются исключительно важными, необходимыми и вместе с тем противоречивыми. Все это чрезвычайно усложняет решение рельсовой проблемы вообще. Ее решение представляет собой одну из важнейших задач транспортной науки и техники.

Длина рельсов

На дорогах мира стремятся шире применять длинные рельсы и сварные рельсовые плети. За счет этого уменьшается число стыков, что улучшает условия взаимодействия пути и подвижного состава, дает большой экономический эффект. Например, если вместо рельсов типа Р65 длиной 12,5 м уложить рельсы того же типа, но длиной 25 м, то за счет уменьшения потребности в стыковых скреплениях на каждых 1000 км будет сэкономлено 3902 тонн металла. Кроме того, уменьшение числа стыков примерно на 10% снизит сопротивление движению поездов, уменьшит износ колес подвижного состава и расходы на текущее содержание пути.

Стандартная длина современных рельсов в различных странах колеблется от 10 до 60 м: в РФ 25 м; в Чехословакии 24 и 48 м, в ГДР и ФРГ 30, 45 и 60 м; во Франции 18, 24 и 36 м; в Англии 18, 29 м; в Японии 25 м; в США 11, 89 и 23, 96 м. В РФ для стрелочных переводов в ограниченном количестве прокатывают рельсы длиной 12,5 м.

Кроме рельсов стандартной длины, применяют и укороченные для укладки на внутренних нитях кривых участков пути. В РФ такие рельсы имеют укорочение на 80 и 160 мм, а при длине 12,5 м – на 40, 80 и 120 мм.

 

⇐ Предыдущая70717273747576777879Следующая ⇒

Поделиться: