Железнодорожный путь, изыскание и проектирование железных дорог


ҚККА Хабаршысы № 1 (50), 2008



жүктеу 5.12 Mb.
Pdf просмотр
бет6/41
Дата15.03.2017
өлшемі5.12 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   41

ҚККА Хабаршысы № 1 (50), 2008 
 
 
39
индивидуальном проектировании   и   решении   ряда вопросов,  связанных с предупреж-
дением снежных заносов. 
К  особо  сильно  заносимым  местам относят такие, на которых к концу зимы к 
пути  переносится  более 600 м
3
 метелевого снега.  К  сильно  заносимым - при переносе 
от 301 до 600 м
3
;  к  среднезаносимым - при  переносе  от 101 до 300 м
3
  и  к  слабо 
заносимым - при    переносе    до 100 м
3
 
Профессор Д. М. Мельник предложил степень снежной заносимости пути и направления 
преобладающих  метелевых  переносов  снега  определять  с  помощью  розы  переносов  снега. 
Рассчитывается  такая  роза  по  данным  наблюдений  метеорологических  станций  по  месяцам 
зимы, а затем и за всю зиму на основе следующих, закономерностей: 
-.снежные метели начинаются в среднем при скорости ветра 6 м/с на уровне флюгера; 
-насыщенность  снеговетрового  потока  возрастает  с  приближением  к  поверхности 
снежного покрова, над которой в 20см слое переносится до 80% метелевого снега; 
-интенсивность  переноса  снега  за  единицу  времени  через  единицу  длины, 
перпендикулярной направлению ветра, выражается зависимостью 
 
J=Cv
3
,
 
                                      (4) 
 
где  С-коэффициент  пропорциональности,  С=3,1•10
-4
  при  плотности  снега  в  момент 
образования  его  отложений 0,25г/см
3
  и  С=2,6•10
- 4
  при  плотности  снега  для 
районов Казахстана 0,3; v- скорость ветра на уровне флюгера, м/с. 
Если  снегоперенос  подсчитывают  в  массовых  единицах  (т/п.мчас),  то  коэффициент 
С=0,774·10
-4 
. Для определения переносов снега и облегчения расчетов составлена таблица 
1. 
По  значению  интенсивности  переноса  снега  и  продолжительности  метели  t,  ч, 
находят  объем  переносимого  снега  Q=Jt.  Если  ветер  направлен  к  пути  не 
перпендикулярно, а под некоторым углом 
α а, то объем переносимого к пути снега 
составит: 
α
sin
Jt
Q
i
=
.
 
                                          (5) 
 
Общий объем переносимого снега за рассматриваемый период (за месяц, зиму) 
складывается из суммы переносов снега в отдельные метели, т.е. 
 
к
n
n
общ
t
C
Q

=
=
1
3
υ
,                                                          (6) 
 
где n - число метелей; t
к
 -  
продолжительность метелей, ч, при данной скорости.  
Рассчитывают перенос метелевого снега по восьми основным румбам не менее 
чем за 10 зим. Затем в определенном масштабе строят розу переноса снега (рисунок  3). 
Восьмиугольник, полученный путем соединения концов векторов по каждому из 
румбов,  называют  розой  переноса  снега.  По  конфигурации  полученной  розы 
определяют  господствующее  направление  метелей  и  объемы  переносимого  снега  за 
конкретный зимний период. 
 
Средства  защиты  пути  проектируются  на  объем  переноса  не  любой  случайно 
взятой зимы, а  по  расчетной  розе переносов. Под расчетной  принимается  такая  роза
которая  отображает  по  основным  румбам  переносы  снега  требуемой  вероятности  с 
повторением 1 раз в 15-20 лет. Эта вероятность переноса снега задается  
Строительными  нормами  и  правилами  проектирования  (СНиП)  в  зависимости  от 
метеорологических условий, категории дороги и вида средств защиты пути. 
 
По  очертанию  розы  переноса  снега  и  его  количеству  проектируют  виды  и 
конструкции снегозащитных устройств. 

ҚККА Хабаршысы № 1 (50), 2008 
 
 
40
 
Таблица  1 - Интенсивность снегопереноса в зависимости от скорости ветра 
 
Интенсивность переноса 
снега в м

п.м. час при 
плотности снежных 
отложений 
Интенсивность переноса 
снега в м

п.м. час при 
плотности снежных 
отложений 
Скорость 
ветра 
м/сек 
0,25 0,3 
Скорость 
ветра 
м/сек 
0,25 0,3 
6  0,067 
0,056 23 3,772 
3,163 
7  0,106 
0,089 24 4,285 
3,594 
8  0,159 
0,133 25 4,843 
4,062 
9  0,226 
0,190 26 5,448 
4,570 
10 0,310 
0,260 27 6,101 
5,118 
11 0,413 
0,346 28 6,805 
5,708 
12 0,536 
0,449 29 7,560 
6,341 
13 0,681 
0,571 30 8,370 
7,020 
14 0,851 
0,713 31 9,235 
7,746 
15 1,046 
0,878 32 10,158 
8,520 
16 1,270 
1,065 33 11,140 
9,343 
17 1,523 
1,277 34 12,184 
10,219 
18 1,808 
1,516 35 13,291 
11,147 
19 2,126 
1,783 36 14,463 
12,130 
20 2,480 
2,080 37 15,702 
13,170 
21 2,871 
2,408 38 17,010 
14,267 
22 3,301 
2,768 39 18,389 
15,423 
 
 

ҚККА Хабаршысы № 1 (50), 2008 
 
 
41
 
Рисунок 3 - Пример розы переноса снега на участке А – Д 
 
 
Соответствующие  значения  переносов  снега  по  заданной  вероятности 
определяются  аналитически  по  данным  наблюдений  местной  метеорологической 
станции по элементам зимней погоды в следующем порядке: 
1.  По  интегральной  ведомости  устанавливаются  статистические  ряды  переносов  снега 
по восьми основным румбам не менее чем за 10 зим. 
2.  Определяются  средние  арифметические      значения      переносов      для 
каждого ряда по формуле 
n
x
x
i

=
,                                                           (7) 
где  х

-  объем  метелевого  снега  в  отдельную  зиму,  м
3
; n -количество  зим  в  ряду. 
Устанавливается  среднее квадратичное отклонение членов каждого ряда 
 
1
)
(
2


=

n
x
x
i
σ
                                                      (8) 
4. Для каждого ряда вычисляются коэффициенты вариации 
 
1
)
(
1
2


=
=

n
x
x
x
x
C
i
σ
υ
                                             (9) 
5. Вычисляются      коэффициенты асимметрии 
 
υ
σ
C
n
x
x
C
i
s
2
)
(
3
3


=
                                                 (10) 
 
На  основе  найденных  статистических  параметров  метелей  по  направлениям   
s
С
С
x
,
,
υ
на логарифмической или  вероятностной сетке строится
 теоретическая кривая 
обеспеченности  переносов  снега.  На  этой  кривой  экстраполяцией  находят  значения 
переноса снега требуемой вероятности. 
 
Степень  заносимость  пути  с  левой  и  с  правой  стороны  обычно  различна. 
Ассиметрия заносимости, т.е. отношение объемов метелевого снега более заносимой 
стороны, зависит от метеорологичнских условий и направления пути, поэтому она на 
различных участках меняется. 
 
Для примера подсчитаны объемы снегопереноса по трем метеостанциям: Эмба, 
Берчогур,  Мугоджарская.  Данные  расчетов  приведены  в  таблице 2. Розы 
снегопереноса представлены на   рисунке 4 /3/. 
 
Таблица 2 - Объемы снегопереноса по метеостанции Казахстана 
 
Метеостанции 
Казахстана 
Средний расчетный     
объем переносимого снега, 
м
3
/м.пог. 
Фактический наблюденный 
объем, 
 
 
Эмба 186,0 96,0 
Мугоджарская 1627,0 
730 
 

ҚККА Хабаршысы № 1 (50), 2008 
 
 
42
Берчогур 429,0 
360 
 
Такое  разнообразие  объема  переносимого  снега  на  сравнительно  небольшом 
протяжении  линии  объясняется  различием  местных  условий  района,  различием 
господствующих  направлений  ветра  (не  при  всех  направлениях  ветра  происходит 
перенос снега), различием величин коэффициента переноса. 
Отличие  расчетного  объема  переноса  снега  от  фактического  указывает  на 
необходимость  корректировки.  Наблюденный  объем  был  систематически  меньше 
расчетного  (по  метеостанции  Мугоджарская  примерно  в  два  раза  меньше 
расчетного),  так  как  не  при  каждом  случае  сильных  ветров  был  перенос - 
поверхность  снега  была  покрыта  ледяной  коркой,  или  снег  был  уже  перенесен  и 
перераспределился в понижениях рельефа местности. 
 
Рисунок 4 -  Роза снегопереноса по метеостанции Эмба, Мугаджарскаяи Берчугур 
 
 
Если  на  пути  метелевых  переносов  встречаются  лес,  кустарники,  строения  и 
другие  препятствия,  то  фактический  объем  переносимого  снега  оказаться  меньше 
расчетного.  Поэтому  расчетные  данные  соспостовляют  с  результатами  натурных 
наблюдений  за  отложениями  снега  и  защиту  пути  от  заносов  проектируют  на 
большой  объем  метелевого  снега.  При  ярко  выраженном  направлении  метелевых 
ветров  ограждение  производится  одностороннее,  при  неустойчивой  розе  с  двух 
сторон заносимого снега. 
 
Выводы 
 
Использованная  методика  Д.М.  Мельника  с  помощью  розы  переноса  снега 
позволила  определить  степень  снегозаносимости  пути  и  алгоритм  статистической 
обработки метрологических станций. Кроме того в доступной форме обосновано влияние 
поперечного профиля земляного полотна на заносимость пути. 
 
ЛИТЕРАТУРА  
1.Долгов Н.Е. Борьба со снегом на русских железных дорогах. Екатеринослав,1909,164 с. 
2.  Дюнин  А.К.  КомаровА.А.  О  переносных  снеговых  щитах //Техника  железных  дорог, 
1954, №1, с.35-39. 
3.Омаров  А.Д.,  Закиров  Р.С,  Исеноманов  Б.А.  Защита  от  снежных  заносов  участков 
железных дорог Казахстана.Алматы, Бастау, 2002, 126 с. 
 
 
 
 

ҚККА Хабаршысы № 1 (50), 2008 
 
 
43
УДК 625. 12 
 
Исмагулова Саракуль Оразалиевна - к.т.н. - докторант (Алматы, КазАТК) 
Безруков  Михаил  Владимирович  -
  к.т.н.,  зам.  начальника    (РФ,  Нижний 
Новгород, Центр «Диагностика» Горьковской ж.д.)  
 
ЭТАПЫ СОЗДАНИЯ РЕЛЬСОВЫХ ПЛЕТЕЙ ДЛИНОЮ В БЛОК-УЧАСТОК 
 
Серьезным недостатком, снижающим экономическую эффективность бесстыкового 
пути,  является  большое  число  стыков - в  местах  устройства  уравнительных  пролетов  и 
возле светофоров у изолирующих стыков. 
Выход рельс в зоне уравнительных пролетов по дефектам  /1/ в 10-20 раз выше  /2/, 
чем  на  звеньевом  пути.  Поэтому  экономическая  эффективность  устройства  бесстыковых 
плетей начинается с длины плети 700-800м. Максимальная же длина плетей, свариваемых 
рельсо-сварочными  поездами  и  вывозимая  на  перегон  специализированным  подвижным 
составом  рекомендуется  не  более 950м  (исходя  из  возможности  введения  плети  в 
температурный интервал современными техническими средствами). 
После  вывоза  плетей  на  перегон  может  быть  выполнена  их  сварка  до  длины 
блок-участка  или  перегона  (если  производится  замена  автоблокировки  тональными 
рельсовыми  цепями).  В  России  эксплуатируются  плети  длиною 18 км  (две  плети  на 
Куйбышевской  железной  дороге),  длиною  в  перегон  (участок  Суроватиха-Нижний 
Новгород  Горьковской ж.д.) /3/. В  странах Европы широко распространена эксплуатация 
рельсовых плетей бесстыкового пути длиною в перегон со сваркой плети со стрелочным 
переводом,  что  свидетельствует  о  тенденции  к  ликвидации  уравнительных  пролетов 
бесстыкового пути /4/. 
       На рисунке 1 показано распределение температурных сил, полученное с помощью 
расчетов  модели  для    бесстыкового  пути.  Как  видно  из  рисунка 1, область  снижения 
величины  температурных  продольных  сил  в  плети  достаточно  велика,  а  уравнительные 
пролеты,  как  и  предполагает  их  назначение,  не  имеют  температурных  напряжений. 
Следовательно, 
рассматриваемая 
модель 
адекватно 
отражает 
существующие 
температурные напряжения. На рисунке 2 приведено распределение напряжений в случае 
использования сплошной рельсовой вставки длиной 50 м, поставленной с зазором 10 мм 
при малом стыковом сопротивлении – 60 кН и нагреве плети и вставки сверх температуры 
закрепления на 35°С. Как видно из рисунков 2-3,  в концевой части плети температурные 
напряжения  падают,  а  в    середине  вставки  уже  имеются  температурные  напряжения,  но 
меньшие,  чем  максимальные  в  плети.  При  дальнейшем  нагреве  плети  и  вставки 
происходит  выравнивание  температурных  напряжений,  которые  во  вставке  оказываются 
близкими к максимальным в средней части плети. 
Для сохранения рельсовых плетей, снимаемых с главных путей при перекладке их 
на  малодеятельные,  а  с  них  на  станционные - лучше  иметь  плети,  соединенные  между 
собой короткими вставками с меньшим числом. 
Рассмотрим  конструктивный  зазор  для  рельса  длиною 12,5 м,  который  
обеспечивал  бы  компенсацию  температурных  деформаций  рельсов  при  годовой 
амплитуде  температур  более 120°С.  С  переходом    на  рельсы  длиною 25 м, 
конструктивный зазор может компенсировать температурный перепад 70-80°С. С учетом 
допуска на отклонение величины стыкового  зазора от расчетной величины при текущем 
содержании  годовая амплитуда составила чуть больше 60°С.  
 

ҚККА Хабаршысы № 1 (50), 2008 
 
 
44
 
Рисунок 1 - Традиционное (А) и предлагаемое (Б и В) стыкование плетей между собой 
Продольным  температурным    деформациям  рельсов  и  соответственно  изменению 
величины  стыкового  зазора  препятствуют  стыковое  сопротивление,  определяемое  силой 
трения рельсов в накладках и погонное сопротивление. 
Изменения  температуры,  требуемые  для  преодоления  стыкового  сопротивления, 
определяются по зависимости /5/: 
R
t
R
EF
Δ =
α

 
где    R  -  величина  стыкового  сопротивления; 
α  - коэффициент  линейного  расширения 
рельсовой стали; ЕF - продольная жесткость рельса. 
После  преодоления  стыкового  сопротивления  изменение  величины  стыкового 
зазора  происходит  с  преодолением  погонного  сопротивления  по  длине  прилегающих 
рельсов.  При  постоянном  погонном  сопротивлении “r” требуется  превышение 
температуры  
t
r
Δ
, определяемое по формуле/6/: 
r
t
rl
EF
Δ =
2
α

где l - длина рельсов. 
Разница  между  максимальной  продольной  силой  и  суммой  стыковых  и  погонных 
сопротивлений,  воспринимается  торцом  рельса,  а  разница  между  минимальным 
(растягивающей силой) погонным и стыковым сопротивлением воспринимается болтами, 
которые  работают  на  изгиб,  а  затем  и  на  срез.  При  больших  температурных  колебаниях 
стыковые болты должны быть высокопрочными. 
Предельно  допустимая  поперечная  сила  на  один  болт  М27  обычной  прочности 
составляет 103 кН, на высокопрочный болт - около 200кН. 
Минимальный  нормативный  уровень  величины  погонного  сопротивления  для 
скрепления КБ составляет 25 кН/м, а бытовое его значение может опускаться до 10 кН/м / 
/7, 8/. При  понижении  температуры  вначале  преодолевается  погонное  сопротивление, 
затем  стыковое,  а  оставшаяся  часть  уже  действует  на  болты,  вызывая  их  изгиб  и  срез. 
Чтобы  стабильность  колеи  была  обеспечена,  необходимо  иметь  высокие  погонное  и 
стыковое  сопротивления.  Так,  например,  при  стыковом  сопротивлении 800кН,  погонном 
20кН/м  и  понижении  температуры  плети  на 50°С  от  температуры  ее  закрепления, 
преодоление стыкового сопротивления произойдет при понижении температуры на 40°С 

ҚККА Хабаршысы № 1 (50), 2008 
 
 
45
ниже температуры закрепления, а дальнейшее понижение температуры увеличит зазор в 
стыке примерно на 1 мм. 
Как  показывают  расчеты,  ожидаемое  изменение  зазора  в  стыке  при    затяжке 
высокопрочных болтов  моментом 100 кгм в годовом цикле составляет ± 2 мм. 
Расчеты      продольных  температурных  сил    в  жесткой  вставке  выполняются  с 
помощью  программного комплекса   COSMOS/M. 
Постановка  стыка  на  высокопрочные  болты  и  шестидырные  накладки  полностью 
избавляет  нас  от  динамической  ступеньки  в  стыке  и  обеспечивает  плавное  движение 
поезда  через  стык,  если  стыковой  зазор  будет  не  более 4-6 мм.  При  этом,  воздействие 
подвижного состава на путь в области стыка будет примерно в 1.7 раза меньше, чем при 
прохождении колесом обычного стыка звеньев. 
При  соединении  шестидырными  накладками  и  погонном  сопротивлении  в  стыке 
500кН (обычные болты) имеем следующую схему работы при понижении температуры до 
полного раскрытия стыкового зазора: 
Далее  рассмотрим  расчетные  температурные  напряжения  в  жесткой  вставке  между 
плетями бесстыкового пути 
Температура  закрепления. 
Рассмотрим  вначале  случай,  когда  жесткая  вставка 
закрепляется клеммными болтами при одинаковой температуре закрепления в плети (при 
+25°С)  с  зазорами  в  стыке  по  5мм.  Минимальная  температура  воздуха -35°С. 
Максимальная  температура  рельса +53°С.  Длина  вставки 37,5м.  Имеем  превышение 
температуры  над  температурой  закрепления  максимум 28°С - (53°С-25°С=28°С),  и 
снижение температуры 60°С (25°С+35°С=60°С). 
 
 
Рисунок 2 - Распределение температурных 
напряжений в концевой части плети перед 
уравнительными пролетами: 1-место 
стыка. 
 
 
 
Рисунок 3 - Распределение температурных 
напряжений в плети и во вставке (взамен 
уравнительных пролетов) в момент начала 
закрытия стыкового зазора от повышения 
температуры сверх температуры 
закрепления: 1-место стыка. 
 
 
 
 
Рисунок 4 - Распределение температурных напряжений в плети и во вставке при нагреве 
на 35°С после закрытия стыкового зазора: 1-место стыка 
 
При этом  (рисунок 4) расчетное раскрытие  стыка  составит: 
Δl
M
=
+
=

18 7 35 0 000012 35 35 0 000012 0 0225
23
. *
* .
*
* .
.
мм. Так как при укладке 
вставки был установлен зазор 5мм, то конструктивного зазора в 23мм не хватит и 
начнется изгиб стыковых болтов. 
Определим  теперь  величину  возможного  понижения  температуры  закрепления 
вставки при зазоре в 4мм 
0 004
.
мм
=
≈ °
18 7
0 000012 18
. *
* .
X
C

Снижение температуры закрепления жесткой вставки на 20°С при зазоре 5мм снизит 
раскрытие зазора в стыке при максимальных отрицательных температурах. 
Получим, что при минимальной отрицательной температуре -35°С раскрытие зазора 
составит 0.005+0.0095=0.0145м. 
Вторым  рычагом  по  уменьшению  раскрытия  зазора  является  затяжка  клеммных 
болтов примерно на 50м от конца плети усилием более 15-20кгм, что обеспечит нажатие 
одной  клеммы  более  1тс  и  погонное  сопротивление  на  две  шпалы 2*0.5*2=2тс/пог.м 
(рисунок 5) при коэффициенте трения рельса по резине равном 0.50. 
 

ҚККА Хабаршысы № 1 (50), 2008 
 
 
46
 
 
 
1 - напряжения, компенсируемые температурным изменением зазора в стыке; 
2 - внутренние температурные напряжения в рельсе вызванные стыковым и  
погонным сопротивлением 
Рисунок 5 - Температурные напряжения в жесткой вставке между  
плетями бесстыкового пути 
 
Тогда при наступлении температуры -35°С будем иметь: 
 
Δ=
°− − °
+
=
18 7 5
35
0 000012 17 5 35 0 000012
. *(
(
)) * .
. *
* .
 
=
+
=
18 7 10 0 000012 17 5 35 0 000012 0 0095
. *
* .
. *
* .
.
.
м. 
 
 
 
Рисунок 6 - Температурные напряжения в жесткой вставке между плетями  
бесстыкового пути при  температуре – 35

С 
 
Рассмотрим  случай  применения высокопрочных  болтов,  обеспечивающих  стыковое 
сопротивление 900кН. Примем температуру закрепления вставки +10°С и величину зазора 

ҚККА Хабаршысы № 1 (50), 2008 
 
 
47
в  стыке  5мм.  При  температуре -35°С  будем  иметь 
Δ=
=
15 15 0 000012 0 0027
* * .
.
  м 
(рисунок6) 

 
Рисунок 7 -  Температурные напряжения в жесткой вставке между плетями  
бесстыкового пути при  закреплении температуры 20
0
С 
 
Применение высокопрочных болтов снизит раскрытие зазора до 0.005+0.0027=0.0087 
м и при такой величине зазора и без динамической ступеньки воздействие колес на рельс 
в зоне стыка будет существенно меньше, чем обычно. 
Наблюдения  профессора  С.И.Клинова /9/ за  работой  стыков,  соединенных 
высокопрочными болтами на Московской и Горьковской железных дорогах показали, что 
при затяжке высокопрочных болтов усилием 100кгм изменение величины зазора в стыке 
составляло ±1.5мм, что не противоречит результатам выше приведенных расчетов. 
Выводы 
Широкое  внедрение  бесстыкового  пути,  использующего  жесткие  вставки  взамен 
уравнительных пролетов, позволит повысить надежность пути и подвижного состава из-за 
уменьшения  динамического  воздействия  за  счет  сокращения  количества  рельсовых 
стыков. 
ЛИТЕРАТУРА 
 
1. Путевое хозяйство. Учебник для вузов ж.-д.транспорта./Под ред. И.Б.Лехно. М., Транспорт, 
1990, 472 с. 
2.  Грищенко  В.А.  Обеспечение  надежности  и  эффективности  бесстыкового  пути  в  сложных 
условиях эксплуатации. Москва, ВНИИЖТ, 1992, 156с. 
3. Петров Н.П., Купцов В.В., Лазовская И.И. Совершенствование существующих и разработка 
новых  конструкций  промежуточных  рельсовых  скреплений  для  железобетонных  шпал. – В  к. 
Совершенствование рельсовых скреплений.М., Транспорт, 1979, с.10-39.(Тр.ВНИИЖТа, вып.616). 
4. Hengstum van Ir. L.A. A Finite Element Analysis of Track Stability //Rail Engineering 
Internftional, 1984, №4, с.18-20. 
       5. Шахунянц  Г.М. Железнодорожный путь. М., Транспорт, 1987, 479 с. 
       6.  Омаров  А.Д.,  Уразбеков  А.К.  Управление  надежностью  бесстыкового  пути.  Алматы, 
Бастау, 1999, 187 с. 
       7. Яковлева Т.Г., Шульга В.Я., Амелин С.В. Основы устройства и расчетов железнодорожного 
пути.  М., Транспорт, 1990, 368 с. 
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   41


©emirsaba.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет