6.6 Расчет длины и количества укороченных рельсов для внутренней нити колеи

На российских железных дорогах в звеньевой конструкции пути принята установка рельсовых стыков одной рельсовой нити напротив рельсовых стыков другой (т. е. по наугольнику). Такое расположение стыков уменьшает число разновременных ударов при прохождении колесами подвижного состава зазоров и обеспечивает возможность применения путеукладочных кранов при укладке рельсошпальной решетки.

При укладке рельсовых звеньев в кривых с рельсами одинаковой длины по внутренней и наружной рельсовым нитям стыки рельсов внутренней нити будут забегать вперед по отношению положения стыков наружной.

Во избежание этого необходимо, чтобы каждый рельс внутренней нити был несколько короче соответствующего рельса, уложенного по наружной нити, что потребовало бы большого разнообразия длин укороченных рельсов. Поэтому допускается некоторое несовпадение положения стыков по «наугольнику». Это дает возможность установить стандартные длины укороченных рельсов и стандарты укорочений.

В настоящее время в звеньевой конструкции пути на железных дорогах России принята стандартная длина нормальных рельсов 25000 мм (25 м), длины стандартных укороченных рельсов равны 24920 и 24840 мм соответственно им стандартные укорочения К₁=80 мм и К₂=160 мм. При этом рекомендуется в кривых R>500 м использовать рельсы, укороченные на К₁=80 мм, а в кривых R<500 – с укорочением К₂=160 мм.

При длине рельсов 12,5 м приняты следующие укорочения рельсов: К₁=40 мм, К₂=80 мм, К₃=120 мм.

В соответствии с Инструкцией по текущему содержанию железнодорожного пути [3] на путях 1-го, 2-го классов и 3-го класса при Vmax-пас > 60 км/ч несовпадение положения стыков по «наугольнику» на кривых допускается равным половине стандартного укорочения (в данной кривой) плюс 80 мм (0,5К+80).

На путях 4-го и 5-го классов допускается при проведении сплошной смены или перекладки рельсов устройство и содержание стыков рельсовых нитей вразбежку (т. е. стык одной рельсовой нити может располагаться в створе середины рельса другой). При реконструкции пути, капитальном ремонте в соответствии с «Техническими условиями на работы по ремонту и планово-предупредительной выправке пути» несовпадения стыков по наугольнику не должно превышать половины принятого стандартного укорочения (т. е. К/2).

Целью расчета укладки укороченных рельсов в кривых является составление схемы зашивки рельсошпальной решетки. То есть определение количества укороченных рельсов и местоположение звеньев (№№ звеньев), в которых требуется зашить укороченный рельс на внутренней нити кривой.

Определим для любого вида кривой (как круговой, так и переходной), на какую величину внутренняя рельсовая нить будет короче наружной в пределах любого отрезка кривой между сечениями АВ и А'В', заключенного в угле поворота линии φ = φ₂- φ₁ (рис. 6.6).

 

 

Рис. 6.6. Расчетная схема определения укорочения внутренней рельсовой нити относительно наружной в кривой

Изрис. 6.6 видно, что длины дуг

,                                  (6.18)

где  – текущее значение радиуса.

Тогда величина укорочения внутренней рельсовой нити относительно наружной будет равна

          (6.19)

а так как (ρ_н- ρ_в)=S₁, т. е. равна расстоянию между осями рельсов, тогда укорочение внутренней рельсовой нити относительно наружной для любого вида кривой

                                                        (6.20)

Из формулы (6.20) видно, что укорочение внутренней нити по отношению к наружной не зависит от вида кривой, а зависит лишь от угла поворота линии и расстояния между осями головок рельса S₁.

В технической литературе освещены различные способы определения потребного числа укороченных рельсов и их сочетания с рельсами нормальной длины, имеются специальные таблицы, графики, программы для ЭВМ. В лекции рассмотрим графоаналитический способ определения количества и местоположения звеньев с укороченными рельсами.

Для расчета нужны следующие исходные данные: 1) угол поворота кривой β, рад; 2) радиус круговой кривой R, м; 3) длина переходной кривой L₀, м; 4) параметр переходной кривой С=IR, м²; 5) расстояние от ближайшего стыка до НПК₁ а, м; 6) принятое укорочение К.

Для построения графика накопления потребных укорочений (рис. 6.7) выполняются следующие расчеты.

1. Определяется количество звеньев в кривой

                                                 (6.21)

где Lкр – длина кривой, м; L0 – длина переходной кривой, м; R – радиус кривой, м; β– угол поворота кривой, рад; φ0 – полный угол поворота переходной кривой                                                         (6.22)

L_ЗВ  – стандартная длина нормального рельса

.                                                                (6.22)

2.Рассчитывается полное накопление потребного укорочения внутренней рельсовой нити по формуле

                                                                (6.23)

где S₁ – расстояние между осями головок рельсовых нитей, мм; β – угол поворота пути, рад.

Рис. 6.7. Графики потребных и фактических укорочений: накопления потребного Укорочения; ; ;  – несовпадение стыков по наугольнику в конце кривой; буквой У обозначены звенья с укороченными рельсами

3. Определяется потребное количество укороченных рельсов

,                                                                 (6.24)

где К – принятое укорочение, мм.

4. Рассчитываются накопления потребного укорочения в пределах переходных кривых на расстояниях 1/3L₀ и 2/3L₀ от начала переходных кривых и в конце переходной кривой ε_ПК по формулам:

                                     (6.25-6.27)

Определяются накопления потребных укорочений в круговой кривой

                                                           (6.28)

Полное потребное укорочение, накопленное к началу второй переходной кривой,

.                                           (6.29)

Построение графика потребных укорочений

График потребных укорочений внутренней рельсовой нити кривой строится в следующем порядке:

По оси абсцисс располагаются: рельсовые звенья в количестве N_ЗВ в масштабе – в одном сантиметре одно звено; элементы кривой (НПК1, КПК1, НПК2, КПК2) длины переходных и круговой кривой в принятом масштабе); фактическое (измеренное) расстояние а от ближайшего стыка до НПК1.

По оси ординат откладываются накопления потребных укорочений ε, мм, в масштабе – в одном сантиметре принятое стандартное укорочение (К=80 мм или 160 мм).

В НПК2 по вертикали вверх откладывается значение ε_полн, далее строятся графики потребного укорочения в пределах переходных кривых с использованием значений ε₁, ε₂, ε₃. В круговой кривой график потребного укорочения представляет собой прямую между точками А, В.

Как видим, график потребных укорочений не зависит от положения рельсовых стыков, в этом заключается простота в его построении.

Вторым этапом графического построения является привязка положения рельсовых стыков к точкам кривой. Для этого необходимо от точки НПК1 в сторону прямой в принятом масштабе отложить фактическое (измеренное) расстояние а от ближайшего стыка до НПК1. Положение всех остальных стыков наносится по оси абсцисс в принятом масштабе.

Построение графика фактических укорочений производится таким образом, чтобы ни в одном стыке разность между потребным укорочением и фактическим не была больше половины принятого стандартного укорочения.

Для этого по оси ординат откладываются числа, кратные принятому укорочению. Например, при К=160 мм эти числа будут равны 80, 160, 240, 320, 400, 480 мм и т. д. до ε_полн; при К=80 мм – соответственно 40, 80, 120, 200, 280 мм и т. д. до ε_полн. Через эти ординаты проводятся горизонтальные линии.

График фактических укорочений находится на уровне 0 до тех пор, пока разность между потребным и фактическим укорочением не станет больше половины принятого укорочения рельса.

В том стыке, где эта разность больше К/2 график фактических укорочений смещается по вертикали вверх на величину К, а рельс перед этим стыком укладывается укороченный.

Построение графика фактических укорочений продолжается до конца кривой (т. е. до начала второй переходной кривой). После этого составляется ведомость зашивки рельсошпальной решетки для заданной кривой по форме табл. 6.2.

Контроль: количество укороченных рельсов, полученных при построении графика фактических укорочений, должно быть равно расчетному N_ук.

За пределами кривой несовпадение стыков по наугольнику учитывается при проектировании схемы зашивки рельсошпальной решетки для следующей кривой.

 

Таблица 6.2 - Ведомость зашивки рельсошпальной решетки для кривой направление кривой: право или лево, полный угол поворота, β… рад, (…°)

Примечание: Забег стыка: внутреннего рельса относительно наружного с «+»; наружного рельса относительно внутреннего с «-».