Рельсовые скрепления. Противоугоны
Рельсовый путь - две непрерывные рельсовые нити, расположенные на определённом расстоянии друг от друга. Это обеспечивается за счёт крепления рельсов к шпалам и отдельных рельсовых звеньев между собой.
Рельсовые скрепления подразделяются на промежуточные и стыковые.
Промежуточные скрепления должны обеспечивать надёжную и достаточно упругую связь рельсов со шпалами, сохранять постоянство ширины колеи и необходимую подуклонку рельсов, не допускать продольного смещения и опрокидывания рельсов.
Промежуточные скрепления подразделяются на три основных вида: нераздельные, смешанные и раздельные.
Нераздельное скрепление (костыльные) - рельс и подкладки на которые он опирается, крепятся к шпалам одними и теми же костылями (три), в соответствии с рисунком 1а
Рисунок 1 Промежуточные костыльные скрепления для деревянных шпал: а - нераздельное; б - смешанное; 1 - рельс; 2 - костыль; 3 -подкладка; 4 - шпала.
Смешанное скрепление (ДО) - (костыльные) подкладки крепятся к шпалам дополнительными костылями (пять), рисунок 1 б.
Его преимущество - простота конструкции, небольшая масса, лёгкость заливки, перезашивки и разборки пути.
Недостатком является - не гарантирует постоянство ширины колеи, способствует износу шпал, плохо сопротивляются угону пути.
В скреплении ДО основные костыли удерживают рельс от бокового сдвига, и опрокидывания, а обшивочные - уменьшают сдвиг подкладки под действием горизонтальных сил и вибрацию подкладок. Клинчатая подкладка обеспечивается подуклонку рельсов.
Раздельные скрепления (клемные) КД - рельс крепится к подкладкам жесткими или упругими клеммами и клемными болтами, подкладки к шпалам - болтами или шурупами в соответствии с рисунком 2.
Рисунок 2 Промежуточное раздельное скрепление для деревянных шпал: 1 - прокладка; 2 - подкладка; 3 - шуруп; 4 - клемма; 5 - двухвитковая шайба; 6 - гайка; 7 - клеммный болт.
В этих скреплениях подкладки надолго прикрепляются к шпалам шурупами, а рельс постоянно прижат клеммами к подкладкам.
Преимущество этих креплений - отсутствие большой вибрации подкладок, сопротивление угону рельсов и возможность смены рельсов без вывертывания шурупов.
Для пути с железобетонными шпалами применяют клемные скрепления типов КБ, КБ65 с прутковой клеммой, ЖБР-65, БПУ, в соответствии с рисунком 3
Рисунок 3 Скрепление КБ-65 с прутковой клеммой: 1 - клемма; 2 -шайба; 3, 8 - прокладки; 4 - подкладка; 5 - двухвитковая шайба; 6 -изолирующая втулка; 7 - скоба для изолирующей втулки
В массовом порядке применяют скрепление КБ, у которого плоская прокладка прикрепляются к шпале закладными болтами.
Соединение рельсовых звеньев между собой осуществляется с помощью стыковых скреплений.
Стыковые скрепления прочно соединяют рельсы в непрерывную нить. Места соединения называют рельсовыми стыками. Концы рельсов перекрываются накладками, которые через отверстия стягивают болтами. Под гайки болтов ставят пружинные или тарельчатые шайбы, в соответствии с рисунком 4
Рисунок 4 Рельсовый стык: 1 - костыль; 2 - подкладка; 3 - болт; 4 -накладка; 5 - рельс; 6 - шайба; 7 - гайка.
Стыковые накладки предназначены для соединения рельсов и восприятия в стыке изгибающих и поперечных сил. Двухголовые накладки изготавливают из высокопрочной стали и подвергают закалке. В последнее время переходят на применение шестидырных накладок.
По расположению относительно шпал различают стыки на весу, на шпалах и на сдвоенных шпалах. В качестве стандартных приняты стыки на весу рисунок 4, обеспечивающие большую упругость и удобство подбивки балласта под стыковые шпалы. Торцы рельсов соединены посредине между двумя стыковыми шпалами а стыки обеих рельсовых нитей расположены один против другого - по наугольнику.
Между торцами рельсов в стыках оставляют зазор, так как с изменением температуры длина рельсов меняется. Во избежание сильных ударов колёс подвижного состава зазор не должен превышать 21мм. Каждой температуре рельсов соответствует определённый стыковой зазор.
lз=γ(tmax — t),
где γ - коэффициент линейного расширения стали lp - длина рельсов в м.
tmax, t - соответственно наибольшая температура в данной местности и температура в момент укладки рельса.
На линиях с автоблокировкой на границах блок-участков устраивают изолирующие стыки, чтобы электрический ток не мог пройти от одного из соединяемых рельсов к другому. Существует два типа изолирующих стыков: с металлическими объёмляющими накладками и клееболтовые, в соответствии с рисунком 5
Рисунок 5 Поперечный разрез изолирующего стыка: а - с объёмляющими металлическими накладками; б - клееболтового; 1-рельс; 2 - накладка; 3 - прокладка боковая; 4 - планка из фибры или полиэтилена под болты; 5 - стопорная планка; 6 - втулка; 7 -изолирующая прокладка нижняя; 8 - подкладка; 9 - болт стыковой; 10 -гайка; 11 - шайба; 12 - изоляция из стеклоткани, пропитанной эпоксидным клеем; 13 - изоляция на болте.
В первом случае изоляцию обеспечивают постановкой прокладок и втулок из фибры, текстолита, или полиэтилена. В стыковом зазоре также ставятся прокладки из текстолита или трикола, имеющие очертание рельса.
Во втором случае применяются клееболтовые стыки, в которых металлические стыковые накладки, изолирующие прокладки из стеклоткани и болты с изолирующими втулками склеиваются эпоксидным клеем с концами рельсов в монолитную конструкцию.
На линиях с электрической тягой и автоблокировкой для беспрепятственного прохождения через стык тока ставят специальные стыковые соединители.
Под действием сил, которые создаются при движении поездов под рельсам (волнообразный изгиб рельсов под поездом, трение между колёсами и рельсами, удары колёс в стык, торможение поездов) может происходить продольное перемещение рельсов по шпалам или вместе со шпалами по балласту, называемое углом пути.
На двухпутных участках угон происходит по направлению движения, а на однопутных - угон бывает двусторонний.
Наилучший способ предотвращения угона пути - это применение щебёночного балласта и раздельных промежуточных скреплений, которые обеспечивают достаточное сопротивление продольному перемещению рельсов и не требует дополнительных средств закрепления.
При нераздельном и смешанном скреплениях применяют пружинные противоугоны - это пружинные скобы, закрепляемые на подошве рельса и упирающего в шпалу, в соответствии с рисунком 6
Рисунок 6 Пружинный противоугон
На звено длиной 25м ставят от 18 до 44 пар в зависимости от грузонапряжённости, вида балласта и условий движения поездов.
Бесстыковой путь
Бесстыковой путь по сравнению со звеньевым более прогрессивный. Отсутствие стыков в рельсовых плетях снижает динамическое воздействие на путь, уменьшает износ колёс подвижного состава, улучшает плавность движения поездов, продлевает срок службы верхнего строения пути, снижает расходы на содержание пути и др.
Сокращение числа стыков за счёт сварки отдельных звеньев в плети даёт экономию до 1, 8т на 1км.
Особенностью бесстыкового пути заключается в том, что хорошо закреплённые рельсовые плети при повышении или понижении температуры не могут изменить свою длину, кроме небольших перемещений концевых частей. В рельсах возникают продольные растягивающие и сжимающие силы до 2, 5мПа, которые в жаркую погоду могут привести к выбросу пути в сторону, а в сильный мороз - к излому плети с образованием опасного зазора. Поэтому бесстыковый путь укладывается на железобетонных шпалах с раздельным скреплением и щебеночном балласте. Балластную призму тщательно уплотняют.
Плети сваривают из термически упрочнённых рельсов Р65 или Р75 без болтовых отверстий. Сваривают рельсы электроконтактным способом на стационарных или передвижных контактно-сварочных машинах. Длина рельсовых плетей зависит от расположения изолирующих стыков, больших металлических мостов, переездов, стрелочных переводов и др. И как правило равна 950м., что соответствующий длине составов специальных поездов из платформ оборудованных роликами, которыми плети доставляются на перегон.
На искусственных сооружениях с мостовым полотном на балласте бесстыковой путь укладывают без ограничений; на металлических местах с мостовыми брусьями - по проекту. Концы плетей должны быть за пределами шкафной стенки устоя на расстоянии 50-100м. При колебании температура возможна изменения длины концевых участков плетей. Для того, чтобы это изменение длины было возможно, между смежными плетями укладывают уравнительные рельсы, образующие уравнительный проект (две или три пары рельсов длиной 12, 5м). В конце блок-участка при автоблокировке в зоне уравнительных рельсов размещают изолирующий стык по схеме, в соответствии с рисунком 7
Рисунок 7 Плеть бесстыкового пути: 1 - изолирующий стык; 2 -плеть; 3 - уравнительные рельсы.
Укладка уравнительных рельсов обеспечивает также проведение в случае необходимости разрядки температурных напряжений в плетях при ремонтных и др. работах. Для этого ослабляют скрепление плетней со шпалами, предварительно снимая уравнительные рельсы. В результате плеть укорачивается или удлиняется. После этого плеть закрепляют и укладывают уравнительные рельсы нужной длины. Чем длиннее плети, тем очевиднее преимущества бесстыкового пути. На ряде дорог имеется опыт укладки плетей длиной в блок-участок и даже на целый перегон. За рубежом есть плети длиной 30-40км, когда пути перегона, стрелочные переводы и станционные пути сварены в единое целое.
Устройство рельсовой колеи на прямых участках
Устройство рельсовой колеи связано с конструкцией и размерами колёсных пар подвижного состава.
Колёсная пара состоит из стальной оси, на которую наглухо насажены колёса, имеющие для предотвращения схода с рельсов напрающие гребни (реборды), в соответствии с рисунком 8
Рисунок 8 Колёсная пара на рельсовой колее
Поверхность катания колёс в средней части имеет коничность 1/20, которая обеспечивает более равномерный износ, большое сопротивление горизонтальным силам, направленным поперёк пути, меньшую чувственность к неисправностям его и препятствующей появлению желоба на поверхности катания, затрудняющего прохождение колёсных пар по стрелочным переводам.
Рельсы устанавливаются также с подуклонкой 1/20 во внутрь на прямых участках за счёт клинчатой подкладки при деревянных шкалах, а при железобетонных - соответствующим наклоном поверхности шпал.
Расстояние между внутренними гранями головок рельсов называется шириной колеи. Эта ширина складывается из расстояния между колёсами (1440±3мм), двух толщин гребней (от 25 до 33мм) и зазоров между колёсами и рельсами.
Ширина колеи в прямых и кривых участках пути с радиусом 349м и более принята 1520мм с допусками в сторону уширения 6мм и в сторону сужения 4мм.
В соответствии с ПТЭ верх головок рельсов обеих нитей на прямых участках должен быть в одном уровне.
Разрешается на прямых участках пути содержать одну рельсовую нить на 6 мм. выше другой в соответствии с нормами установленной соответствующей инструкцией МПС России.
Стыки на обеих рельсовых нитях располагают строго один против другого по наугольнику.
Чтобы колёсная пара не могла поворачиваться вокруг вертикальной оси колёсные пары вагонов и локомотивов соединяют жесткой рамой (по две и более).
Расстояние между крайними осями соединёнными рамой называется жёсткой базой, а между крайними осями вагона или локомотива - полной колёсной базой, соответственно с рисунком 9
Рисунок 9 Жесткая и полная колёсные базы:
а - электровоза ВЛ 80; б - одной секции тепловоза ТЭ3; в -в паровоза серии ФД; г - четырёхосного полувагона.
Жёсткое соединение колёсных пар обеспечивает устойчивое положение на рельсах, но затрудняет прохождение в кривых малого радиуса (заклинивание).
Для облегчения вписывания в кривые подвижной состав выпускают на отдельных тележках с небольшими жесткими базами.
Устройство пути на мостах и в тоннелях
На металлических мостах рельсовый путь делают без балласта на деревянных или железобетонных брусьях или плитах.
Брусья крепят болтами к продольным балкам. Для удержания подвижного состава в случае схода его с рельсов снаружи колеи ставятся охранные брусья или уголки, а внутри контррельсы или уголки, в соответствии с рисунком 10, 11.
Рисунок 10 Мостовое полотно на деревянных поперечинах с раздельными клеммно-шурупными креплением рельсов: I - охранный уголок прикреплён лапчатым болтом; II - охранный уголок прикреплён шурупами; в скобах даны минимальные зазоры, мм.
Рисунок 11 Безбалластное мостовое полотно на железобетонных плитах: 1 - контруголок; 2 - рельс; 3 - железобетонная плита; 4 - высокопрочная шпилька крепления плиты; 5 - цементно-песчаная заливка (монтажная деревянная прокладка омоноличена); 6 - арматурная сетка.
На каменных, бетонных и железобетонных местах и путепроводах путь имеет обычную конструкцию, и укладывается на щебёночный балласт и обычные шпалы.
Путь в тоннелях рекомендуется делать на железобетонных шпалах с эпюрой на 1 ступень выше чем на подходах. На расстоянии 200м с каждой стороны тоннеля путь должен быть на щебёночном балласте.
Устройство пути в кривых участках пути
Железнодорожный путь в кривых участках работает сложнее, чем на прямых, так как при движении подвижного состава появляется дополнительно центробежные силы. К особенностям устройства такого пути относятся: возвышение наружного рельса над внутренним, наличие переходных кривых, уширение колеи при малых радиусах, укладка укороченных рельсов на внутренней рельсовой нити, усиление пути, увеличение расстояний между осями путей на двух и многопутных линиях.
Возвышение наружного рельса
Возвышение наружного рельса предусматривается при радиусе кривой 4000м и менее, чтобы нагрузка на каждую рельсовую нить была примерно одинакова. Такое возвышение может быть от 10 до 150мм.
Рисунок12 Схема сил, действующих на подвижной состав в кривой при возвышении наружного рельса.
При возвышении наружного рельса на величину h появляется составляющая сила веса H направленная внутрь кривой, в соответствии с рисунком 12
Для одинакового давления на рельсовые нити необходимо, чтобы H уравновешивало I, тогда равнодействующая N будет перпендикулярна наклонной плоскости пути.
Учитывая что угол а мал и при максимальном допустимом возвышении наружного рельса 150 мм cosa=0, 996, можно принять, что Н=I.
g=9, 81 м / сек2 и выражая скорость V в км/ч, а радиус R в м получим возвышение в мм.
Поскольку в реальных условиях по кривым проходят поезда разной массы Qi и с различными скоростями Vi, то для равномерного износа рельсов в приведённую формулу подставляют среднюю квадратическую скорость.
При h=12, 5 V2/R, в поездах следующих со скоростью выше Vср на пассажиров и грузы будет действовать непогашенное ускорение, равное разнице между центробежным ускорением V2/R и направленным к центру кривой ускорением gh/Si
Допускаемое непогашенное ускорение на дорогах России допускается 0,7 м/с2 и лишь в исключительных случаях 0,9 м/с2.
При движении поездов со скоростью менее Vср нагрузка на внутренний рельс будет больше, чем наружный.
Устройство переходных кривых необходимо для плавного вписывания подвижного состава в кривые между прямым участком и круговой кривой, радиус которой постепенно уменьшается от да до радиуса R кривой (от 20 до 200м). Если поезд с прямого участка пути войдёт в круговую кривую, где сразу изменится радиус кривизны с да до R, то на него мгновенно действует центробежная сила. При большой скорости подвижной состав и путь будут испытывать сильное боковое давление и быстро изнашиваться.
Переходная кривая в плане рисунок 13 представляет собой кривую переменного радиуса, уменьшающего от бесконечно большего до
R - радиуса круговой кривой с уменьшением кривизны пропорционально изменению длины. Кривая, обладающая таким свойством, представляет собой радиоидальную спираль, управление которой выражается в виде ряда.
где с - параметр переходной кривой (с=lR)
В связи с тем, что длина переходной кривой l мала по сравнению с С, практически достаточно ограничиться двумя первыми числами-члена ряда приведённой формулы.
В профиле переходная кривая в обычных условиях представляет собой наклонную линию с однообразным уклоном i=h/l.
Уширение колеи необходимо для обеспечения вписывания подвижного состава в кривые.
В пределах жёсткой базы колёсные пары всегда параллельны между собой и в тележке только одна колёсная пара может расположиться по радиусу, а остальные будут находиться под углом. Во избежание заклинивания колёсных пар необходимо уширение колеи, рисунок 13
Рисунок 13 Схема свободного вписывания в кривую двухосной тележки
Для свободного вписывания двухосной тележки в кривую необходимая ширина колеи
Sс =qmax+fn +4
где fn - стрела изгиба кривой по наружной нити при хорде 2λ qmax - максимальное расстояние между наружными гранями гребней колёс
4 - допуск по сужению колёс, мм.
Установлены следующие нормы ширины колеи в кривых: при Я≥350м - 1520мм при R=349: 300м - 1530мм при R≤299м - 1535мм
Укладка укороченных рельсов во внутреннюю нить необходима для исключения разбежки стыков. Внутренняя рельсовая нить в кривой короче наружной. Поэтому для устранения забегания стыков вперёд при каждом радиусе кривой необходимо иметь свою величину укорочения рельсов. Применяют стандартные укорочения рельсовых звеньев на 40, 80, 120 мм - для рельсов 12, 5м на 80, 160 - для рельсов 25м.
Общее число укороченных рельсов n, требующихся для укладки в кривой
n=ε/k,
где ε - общее укорочение
k - стандартное укорочение одного рельса
Укладку укороченных рельсов во внутренней нити чередуют с укладкой рельсов с нормальной так, чтобы забег стыков не превышал половины укорочения, т. е. 20, 40, 60 и 80мм.
При эксплуатации пути забег или недобег стыков допускается в кривых - 8см плюс половина стандартного укорочения рельса в данной кривой.
Усиление пути в кривых производится при R≤1200м для обеспечения необходимой равнопрочности с примыкающими прямыми. Для этого увеличивают число шпал на километр, уширяют балластную призму с наружной стороны кривой, ставят несимметричные подкладки с большим плечом в наружную сторону, отбирают наиболее твёрдые рельсы.
В круговых кривых на двух и многопутных линиях увеличивается расстояние между осями путей в соответствии с требованиями габарита, что достигается в пределах переходной кривой внутреннего пути за счёт изменения её параметра С.
Используемая литература: Воронков А.И.
Общий курс железных дорог. Тексты лекций:
Учебное пособие - Оренбург: Сам ГУ ПС, 2009.
Скачать реферат:
Пароль на архив: privetstudent.com