Нагрузки на железнодорожный путь Угон пути Нагрузки

Нагрузки на железнодорожный путь Угон пути

Нагрузки на путь — внешние силы, воспринимаемые железнодорожным путём, рассматриваемые и учитываемые при расчётах, конструировании и проектировании пути и его элементов, при анализе его работы, его текущем содержании, ремонте и усилении. Эти силы определяют опытным путём или расчётами (расчётные нагрузки).

Различают сосредоточенные нагрузки от колёс экипажа на рельсы и распределённые. Последние обычно представляют в виде равномерно распределённых по длине нагрузок (линейные нагрузки), которые равны q = ∑QL, где ∑Q — суммарная нагрузка от экипажа или его тележки; L — длина отрезка пути в м, к которой эту нагрузку относят.

В зависимости от направления действия внешних сил по отношению к оси пути, нагрузки на путь делят на: 1. Вертикальные; 2. Горизонтальные; 3. Поперечные; 4. Горизонтальные продольные. Эти нагрузки могут быть статическими и динамическими.

Статические нагрузки имеют место при передаче колёсами рельсам веса экипажа при его скорости равной нулю. Собственный вес верхнего строения пути является статической нагрузкой по отношению к нижнему строению пути.

Динамические нагрузки на путь определяются динамическими процессами, протекающими в единой механической системе экипаж — путь при движении экипажа. Они в значительной мере зависят от случайных размеров и форм неровностей пути и колёс подвижного состава, поэтому носят случайный (стохастический) характер.

Вертикальные динамические силы, передаваемые рельсам колёсами экипажей при их движении, могут представлять статистическую сумму (композицию) сил, вызванных колебаниями: • Надрессорного строения экипажа; • Колебаниями необрессоренных масс; • Силами инерции, неуравновешенных вращающихся масс на колёсах; • Вертикальными силами с вала двигателя на колесо;

• Весом экипажа, передаваемым данному колесу (с учётом перегрузок, вызываемых продольными инерционными силами в надрессорном строении); • Поперечными центробежными силами экипажа, не уравновешенные возвышением наружного рельса в криволинейных участках пути; • Моментом рамных сил, стремящихся вращать колесную пару в плоскости, перпендикулярной оси пути.

Горизонтальная поперечная сила, передаваемая гребнем колеса рельсу, называется направляющим усилием.

Горизонтальные поперечные силы определяются: 1. значениями горизонтальных упругих деформаций металла колёс и рельсов в месте контакта; 2. силами трения при скольжении колёс по рельсам. Общее горизонтальное поперечное усилие, передаваемое колесом рельсу, называется боковой силой.

Сумма боковых сил, сообщаемых в один момент времени одной колёсной парой обоим рельсам, называется рамной силой.

Горизонтальные продольные динамические нагрузки на путь представляют собой сосредоточенные в месте контакта колёс и рельсов силы, действующие вдоль поверхности катания головки рельса. Они возникают в результате реализации экипажем сил тяги или торможения. Их значения могут быть определены опытным путём или тяговыми расчётами.

Угон пути

Угон пути — продольное перемещение рельсов под колёсами проходящего поезда, как правило направленное в сторону его движения. Угон вызывает серьёзные нарушения в работе железнодорожного пути.

Происхождение

Угон возникает в тех случаях, когда текущее содержание пути находится на неудовлетворительном уровне, что приводит к нарушению устойчивости. При проходе колёс по рельсу последний прогибается под весом вагона, что приводит к увеличению сопротивления движению, то есть к появлению силы, тормозящей поезд.

Однако, по третьему закону Ньютона, появляется и сила, которая пытается увлечь путь за поездом. Таким образом, при ослаблении рельсовых скреплений рельсы начинают проскальзывать по основанию.

В частности, если на рельсах не установлены специальные средства против угона пути, при проходе двухосной вагонной тележки рельсы перемещаются на 0, 03— 0, 06 мм, а следовательно, проход поезда из 50 вагонов (200 осей) приводит к угону пути уже от3 -6 мм. Особенно вероятно возникновение угона пути на затяжных спусках, что связано с притормаживанием на них поездов, необходимым для ограничения роста скорости.

Последствия угона

Угон пути приводит к нарушению стыковых зазоров: на одном конце участка пути они становятся практически нулевыми, а на другом — слишком большими.

На протяжении участка с нулевыми зазорами в летнее время при высокой температуре в рельсах появляются большие продольные сжимающие усилия, из-за того что рельсы теряют возможность удлиняться. Это может привести к нарушению устойчивости рельсошпальной решетки, а в бесстыковом пути к выбросу пути.

В зоне предельно растянутых зазоров в зимнее время при низких температурах в рельсах появляются значительные растягивающие усилия, следствием чего может быть срез болтов и разъединение стыков. А в бесстыковом пути даже разрыв рельсов (для марок Р 50 и ниже).

При недостатке балласта или его плохом уплотнении возможен угон рельсов вместе со шпалами. В свою очередь сдвиг шпал со своих уплотненных постелей приводит к просадкам пути, что наиболее опасно в стыковых шпалах, так как ведет к увеличению динамического воздействия на путь.

Меры предотвращения угона

1. Использование раздельных промежуточных скреплений с пружинящими элементами; 2. Постановка пути на щебень (увеличивает сопротивление шпалы продольному перемещению); 3. Применение противоугонов.

С 1947 года на советских железных дорогах применялись самозаклинивающиеся противоугоны. С 1960 -х годов им на смену пришли пружинные противоугоны, которые могут воспринимать продольные силы до 8 килоньютонов. На обычных магистральных железных дорогах такие противоугоны ставятся в количестве от 18 до 44 на каждое 25 -метровое путевое звено, а на высокоскоростных магистралях и на путях метрополитена — практически на каждой шпале.

Схема 1. Противоугон