Осевые напряжения в рельсе

Осевые напряжения в рельсе

Вертикальные и горизонтальные силы, действующие на путь, вызывают появление напряжений и деформаций (прогибов) в каждом его элементе.

Для того чтобы определить допускаемую скорость движения, нужно знать допускаемые напряжения в каждом элементе пути. Если окажется, что при данной скорости фактические напряжения не превышают допускаемые, то езда с такой скоростью возможна. И, наоборот, если фактические (расчетные или измеренные) напряжения превышают допускаемые, езда с принятой в расчетах скоростью недопустима. Не менее важно в работе пути знать не только силы, действующие на путь, но и число приложений сил (многократность приложения сил), или, иначе говоря, грузонапряженность.

Наряду с нагрузками от колесной пары на рельсы и скоростью движения грузонапряженность определяет сроки развития усталостных процессов в материале, сроки службы каждого элемента пути.

Установлены следующие допускаемые напряжения: в рельсах (в кромке подошвы) при вагонной нагрузке — 200 МПа, при локомотивной — 240 МПа; в деревянных шпалах на смятие под подкладкой — 2,2 МПа (шпалы из сосны, ели, пихты) и 3,5 МПа (из бука); в железобетонных шпалах на смятие — 20 МПа (т. е. примерно в 10 раз больше, чем в деревянных); в балласте под вагонной нагрузкой — 0,2МПа (песок) до 0,33 МПа (щебень), подлокомотивной нагрузкой — от 0,28 МПа до 0,5 МПа; на основной площадке земляного полотна — 0,08 МПа (в отдельных случаях с разрешения МПС 0,09 — 0,1 МПа).

Какие же фактические напряжения и деформации возникают в элементах пути?

Например, при движении электровоза ВЛ10 по пути с рельсами Р50, деревянными шпалами (1840 шт/км) и щебеночным балластом напряжения в рельсах на прямом участке находятся в пределах 123 — 198 МПа (соответственно изменению скорости от 10 до 100 км/ч). При железобетонных шпалах и при всех прочих равных условиях и скорости 100 км/ч напряжения в рельсах будут 140 МПа. В кривой радиусом 600 м напряжения выше 130 — 210 МПа. Все эти напряжения не превышают допускаемых, поэтому ограничений в скорости не требуется. Напряжения в деревянной шпале под подкладкой равны 1,3 МПа, под шпалой в балласте — 0,23 МПа.

При скорости 100 км/ч и деревянных шпалах вертикальный прогиб рельса при остальных условиях этого примера достигает 3,7 мм, а при железобетонных шпалах — 0,8 мм.

Напряжения под шпалой зависят от формы ее изгиба (рис. 4.4). При движении тепловоза ТЭП10 по пути с рельсами Р65, железобетонными шпалами (1840 шт/км) в прямой напряжения в рельсах будут 56 — 85 МПа (скорость 120 — 140 км/ч). Эти напряжения намного меньше допускаемых, так как путь более мощный, чем в предыдущем примере, хотя скорости движения выше.

Были проделаны опыты со скоростным вагоном-лабораторией с авиационным реактивным двигателем. На одном из участков Приднепровской дороги этот вагон развивал скорость до 250 км/ч. Нагрузка от колесной пары вагона на рельсы была 150 кН, поэтому напряжения в рельсах были очень малы — от 55 до 70 МПа. Главное здесь, на что следует обратить внимание, — это сравнительно небольшое нарастание напряжений в таком весьма большом диапазоне скоростей.

Читайте также:  Emerson 7001484 j000 поднять напряжение

До сих пор рассматривались напряжения в рельсах, возникающие при их изгибе. Однако есть еще и другие виды напряжений, которые могут быть весьма опасными. В местах резкого изменения очертаний рельсов (например, переход от головки к шейке) и вокруг болтовых отверстий возникает концентрация местных напряжений. Чтобы уменьшить их, делают более плавные переходы по профилю рельса и стараются улучшить форму болтовых отверстий. Например, круглые отверстия лучше прежних овальных.

Особенно значительны контактные напряжения, образующиеся в месте контакта колеса и рельса. Контактная площадка очень мала (около 1,5 см²), поэтому большие нагрузки на эту площадку вызывают огромные напряжения в металле, достигающие 1500 — 2300 МПа. Из-за этих напряжений интенсивно развиваются контактные разрушения, особенно по наружным нитям кривых малого радиуса.

Контактные напряжения способствуют появлению дефектов 11.1, 11.2, 21.1, 21.2 (см. рис. 2.5). Чтобы уменьшить развитие этих дефектов, необходимы отличное текущее содержание пути и ходовых частей подвижного состава, а также повышение качества рельсовой стали.

Источник

Расчеты верхнего строения пути. Расчеты пути на прочность. Классификация рельсов по длине. Расчеты бесстыкового пути , страница 5

Пример. Пусть путь оказался не выправленным на пучине, имеющей горб h=50 мм и l=10 м. Предполагая, что горб очерчен по косинусоиде, ординаты неровности и кривизна ее будут, считая начало координат в начале горба:

;

;

.

При принятых значениях h и l см. Изгибающий рельс момент и наибольшие нормальные напряжения в рельсах от изгиба

; ,

где y – расстояние от нейтральной оси до волокна, в котором определяются напряжения.

Для рельсов Р65 I=3548 см 4 , W=359 см 3 , у=9,87 см, поэтому кгс/см 2 , что весьма много. Поэтому предотвращение пучин, а при их наличии — своевременное исправление пути на пучинах является задачей большой важности. При этом кроме дополнительных воздействий на элементы пути вызываются дополнительные динамические силы инерции при движении подвижного состава по пути с такими неровностями.

Изменения температуры длинных рельсов могут вызвать большие сжимающие силы и даже выброс пути. Температурные напряжения в неподвижной части плети составят при , .

Температура рельсов в солнечную погоду на 20, а в Средней Азии на 30 градусов превышает температуру воздуха, и это надо учитывать в процессе эксплуатации ж. д. пути. Ночью и в пасмурною погоду температуры рельса и воздуха одинаковы. Зимой минимальная температура рельса принимается равной минимальной температуре воздуха.

1.3.7 Собственные воздействия

Собственными воздействиями конструкции называются воздействия на нее, вызванные способами изготовления, укладки, содержания, ремонта конструкции и составляющих ее деталей.

Рельсы после проката остывают неравномерно по всему сечению. Головка рельса остывает медленнее, поэтому после того, как шейка и подошва остыли, головка, продолжая остывать, укорачивается и тянет их за собой. При этом возникают внутренние остаточные собственные напряжения. Холодная правка рельсов создает дополнительное их напряженное состояние. С течением времени собственные напряжения, которые могут достигать значительных величин (10-15 тыс. кгс/см 2 ), меняются.

На поверхности катания головки собственные напряжения у новых рельсов растягивающие и достигают 810 кгс/см 2 . На шейке рельсов действуют сжимающие напряжения 940; в средней части подошвы — растягивающие 1230, а по краям ее 840 кгс/см 2 . Остаточные растягивающие напряжения на поверхности катания головки рельса вредны.

Читайте также:  Акт выхода из строя оборудования при скачках напряжения

Проходящие по рельсам колеса вызывают растяжение верхних волокон головки, а также смятие и наклеп металла и образование остаточных сжимающих напряжений, которые постоянно гасят первоначальные растягивающие напряжения. После прохода 152 млн. т брутто растягивающие напряжения с наибольшим средним значением 810 кгс/см 2 переходят в сжимающие величиной 240-400 кгс/см 2 . После прохода 619 млн. т сжимающие напряжения достигают 900-1190 кгс/см 2 . За период прохода от 152 до 840 млн. т брутто по головке рельса средние сжимающие напряжения составили 640, по шейке — 1170, а по краям подошвы – 89 кгс/см 2 (в средней части подошвы растягивающие напряжения оказались равными 1850 кгс/см 2 ).

Таким образом, в результате работы рельсов под нагрузкой все собственные остаточные напряжения возрастают, а на поверхности катания растягивающие напряжения переходят в сжимающие. Остаточные напряжения у закаленных рельсов в 1,5 раза выше, чем у незакаленных.

Сжимающие напряжения в краевых частях подошвы рельса положительно влияют на ее работу при изгибе рельса под нагрузкой, т.к. максимальные по абсолютному значению напряжения развиваются в кромках подошвы и являются растягивающими; они достигают наибольшего значения в сечении под грузом.

Надо научиться регулировать собственные напряжения и сделать их полезными. Образцы, вырезанные из глубины головки рельса (d=10, 1=148 мм), не дают полной картины, т.к. они освобождаются от подавляющей части собственных напряжений. Испытывать необходимо натурные образцы (или знать коэффициенты перехода от показателей образцов к показателям целых рельсов). Большие собственные напряжения создают в предварительно напряженных шпалах, плитах и рамах.

1.3.8 Укладка пути и путевые работы

При укладке рельсов на кривой они изгибаются, при этом изгибающий момент .

Уравнение переходной кривой, где — параметр; 1 — текущая и 10 — полная длина переходной кривой, примыкающей к круговой кривой радиуса R.

Тогда .

Напряжения от изгиба в крайних волокнах рельсов, для которых момент сопротивления .

Таким образом, рельсы в кривых окажутся под воздействием момента М и напряжений σ.

где уmax — расстояние от нейтральной оси до наиболее удаленного волокна.

Большие напряжения в рельсах могут возникнуть при производстве путевых работ. При вывеске пути они могут доходить до 3000-3500 кгс/см 2 . Эти напряжения относятся ко временным, и важно, чтобы они не выходили за пределы упругости рельсовой стали, чтобы в результате производства путевых работ в рельсах, как, конечно, и в других элементах ж. д. пути, не проявлялись начальные повреждения.

Образующиеся на пути неровности в плане и профиле вызывают также собственные напряжения в рельсах. Большие собственные напряжения в ненагруженном пути существенно изменяют и условия его работы под поездом. Они, суммируясь с динамическими напряжениями, и от влияния природных факторов могут осложнять работу пути. Надо обеспечивать надежную и долговечную работу пути при выгрузке рельсовых плетей со спецсостава для перевозки плетей.

Регулируя и создавая в нужном направлении собственные (предварительные) напряжения, можно получить более легкие, прочные и надежные конструкции, такие как:

— конструкции из предварительно напряженного железобетона;

— металлоконструкции со специальной термической или механической обработкой металла, создающей предварительные напряжения, обратные по знаку ожидаемым при работе (например, соответствующее упрочнение металла у стенок отверстий для стыковых болтов в рельсах) и т.п.

Читайте также:  Электродвигатель включен в электрическую цепь с напряжением 24 в

При затяжке стыковых стыков в накладках и пазухе рельсов создаются местные напряжения. При сборке рельсошпальной решетки при затяжке клеммных и закладных болтов монтажные напряжения возникают в подкладках и в подошве рельсов.

  • АлтГТУ 419
  • АлтГУ 113
  • АмПГУ 296
  • АГТУ 267
  • БИТТУ 794
  • БГТУ «Военмех» 1191
  • БГМУ 172
  • БГТУ 603
  • БГУ 155
  • БГУИР 391
  • БелГУТ 4908
  • БГЭУ 963
  • БНТУ 1070
  • БТЭУ ПК 689
  • БрГУ 179
  • ВНТУ 120
  • ВГУЭС 426
  • ВлГУ 645
  • ВМедА 611
  • ВолгГТУ 235
  • ВНУ им. Даля 166
  • ВЗФЭИ 245
  • ВятГСХА 101
  • ВятГГУ 139
  • ВятГУ 559
  • ГГДСК 171
  • ГомГМК 501
  • ГГМУ 1966
  • ГГТУ им. Сухого 4467
  • ГГУ им. Скорины 1590
  • ГМА им. Макарова 299
  • ДГПУ 159
  • ДальГАУ 279
  • ДВГГУ 134
  • ДВГМУ 408
  • ДВГТУ 936
  • ДВГУПС 305
  • ДВФУ 949
  • ДонГТУ 498
  • ДИТМ МНТУ 109
  • ИвГМА 488
  • ИГХТУ 131
  • ИжГТУ 145
  • КемГППК 171
  • КемГУ 508
  • КГМТУ 270
  • КировАТ 147
  • КГКСЭП 407
  • КГТА им. Дегтярева 174
  • КнАГТУ 2910
  • КрасГАУ 345
  • КрасГМУ 629
  • КГПУ им. Астафьева 133
  • КГТУ (СФУ) 567
  • КГТЭИ (СФУ) 112
  • КПК №2 177
  • КубГТУ 138
  • КубГУ 109
  • КузГПА 182
  • КузГТУ 789
  • МГТУ им. Носова 369
  • МГЭУ им. Сахарова 232
  • МГЭК 249
  • МГПУ 165
  • МАИ 144
  • МАДИ 151
  • МГИУ 1179
  • МГОУ 121
  • МГСУ 331
  • МГУ 273
  • МГУКИ 101
  • МГУПИ 225
  • МГУПС (МИИТ) 637
  • МГУТУ 122
  • МТУСИ 179
  • ХАИ 656
  • ТПУ 455
  • НИУ МЭИ 640
  • НМСУ «Горный» 1701
  • ХПИ 1534
  • НТУУ «КПИ» 213
  • НУК им. Макарова 543
  • НВ 1001
  • НГАВТ 362
  • НГАУ 411
  • НГАСУ 817
  • НГМУ 665
  • НГПУ 214
  • НГТУ 4610
  • НГУ 1993
  • НГУЭУ 499
  • НИИ 201
  • ОмГТУ 302
  • ОмГУПС 230
  • СПбПК №4 115
  • ПГУПС 2489
  • ПГПУ им. Короленко 296
  • ПНТУ им. Кондратюка 120
  • РАНХиГС 190
  • РОАТ МИИТ 608
  • РТА 245
  • РГГМУ 117
  • РГПУ им. Герцена 123
  • РГППУ 142
  • РГСУ 162
  • «МАТИ» — РГТУ 121
  • РГУНиГ 260
  • РЭУ им. Плеханова 123
  • РГАТУ им. Соловьёва 219
  • РязГМУ 125
  • РГРТУ 666
  • СамГТУ 131
  • СПбГАСУ 315
  • ИНЖЭКОН 328
  • СПбГИПСР 136
  • СПбГЛТУ им. Кирова 227
  • СПбГМТУ 143
  • СПбГПМУ 146
  • СПбГПУ 1599
  • СПбГТИ (ТУ) 293
  • СПбГТУРП 236
  • СПбГУ 578
  • ГУАП 524
  • СПбГУНиПТ 291
  • СПбГУПТД 438
  • СПбГУСЭ 226
  • СПбГУТ 194
  • СПГУТД 151
  • СПбГУЭФ 145
  • СПбГЭТУ «ЛЭТИ» 379
  • ПИМаш 247
  • НИУ ИТМО 531
  • СГТУ им. Гагарина 114
  • СахГУ 278
  • СЗТУ 484
  • СибАГС 249
  • СибГАУ 462
  • СибГИУ 1654
  • СибГТУ 946
  • СГУПС 1473
  • СибГУТИ 2083
  • СибУПК 377
  • СФУ 2424
  • СНАУ 567
  • СумГУ 768
  • ТРТУ 149
  • ТОГУ 551
  • ТГЭУ 325
  • ТГУ (Томск) 276
  • ТГПУ 181
  • ТулГУ 553
  • УкрГАЖТ 234
  • УлГТУ 536
  • УИПКПРО 123
  • УрГПУ 195
  • УГТУ-УПИ 758
  • УГНТУ 570
  • УГТУ 134
  • ХГАЭП 138
  • ХГАФК 110
  • ХНАГХ 407
  • ХНУВД 512
  • ХНУ им. Каразина 305
  • ХНУРЭ 325
  • ХНЭУ 495
  • ЦПУ 157
  • ЧитГУ 220
  • ЮУрГУ 309

Полный список ВУЗов

Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).

Источник

Оцените статью
Adblock
detector