34. Дефекты и деформации земляного полотна

Изменения внутреннего строения, формы и размеров земляного полотна, состояния и свойства грунтов, снижающие эксплуатационные качества ж.-д. пути являются следствием воздействия внешних нагрузок, термодинамических условий, влажности и других факторов. Дефекты и деформации возникают также из-за отклонений конструкций земляного полотна от современных норм; несовершенства технологий и ошибок, допущенных при строительстве дороги; неудовлетворительного состояния верхнего строения пути, недостаточной прочности грунтов, отсутствия или малой работоспособности защитных и укрепительных сооружений и т. п. Наличие дефектов и деформаций земляного полотна часто приводит к ограничению скоростей движения поездов или, в более редких случаях, к его полному прекращению до окончания восстановительных работ. Все это оказывает существенное влияние на перевозочный процесс и безопасность движения поездов.

35. Деформация основной площадки земляного полотна

Деформации: термокарстовые понижения и провалы на мари и земляном полотне – искажения очертаний поверхности полотна в результате вытаивания ледяных включений при оттаивании вечно-мерзлых грунтов; весенние пучинные просадки – интенсивное нарастание местных искажений рельсовой колеи в продольном и поперечном профилях в результате осадок оттаивающих грунтов земляного полотна под поездными нагрузками на участках с пучинными горбами или большим равномерным пучением (как правило, более 40-60 мм); пучины – искажения положения рельсовых нитей в продольном и поперечном профилях в виде пучинных горбов, впадин, перепадов, возникающие вследствие неравномерного вспучивания грунтов при промерзании; пучинные горбы над «холодными» трубопроводами -искажения рельсовой колеи в продольном профиле над газопроводами с отрицательной температурой газа вблизи мест понижения давления.

36.Защита земляного полотна от неблагоприятных природных условий

Защита земляного полотна от неблагоприятных природных воздействий осуществляется посредством водоотводных, защитных и укрепительных сооружений, служащих для регулирования поверхностного и подземного стоков, тепловых и гравитационных процессов. К основным водоотводным устройствам относятся водоотводные канавы и резервы у насыпей, кюветы, забанкетные и нагорные канавы у выемок Используются также железобетонные лотки, а на участках с большим уклоном – быстротоки и перепады Для защиты земляного полотна от воздействия атмосферных осадков и текущей воды все его поверхности планируются с продольными уклонами не менее 0,002 и поперечными – не менее 0,04.

Для защиты полотна от вредной инфильтрации воды, а также откосов от размывов предусматривается травосеяние, применение крупнообломочных материалов, каменных набросок, железобетонных плит. Травосеяние позволяет создать искусственный дерновый покров, снижающий скорость течения поверхностной воды, армирующий поверхностные слои грунта и обеспечивающий транспирацию (испарение) влаги из грунтов до 200-250 мм осадков в год. Крупнообломочными материалами укрепляют дно и откосы канав (щебневание), а также откосы земляного полотна. Каменные наброски предназначены в основном для гашения энергии набегающих волн прибоя и предохранения земляного полотна от размыва вдольбереговым течением. Железобетонные укрепления в виде сборных конструкций и монолитных плит широко применяются для защиты от волновых воздействий.

Регулирование подземного стока для защиты земляного полотна от грунтовых вод осуществляется дренажами. Дренажи представляют собой комплексные устройства, предназначенные для снижения влажности грунтов, понижения уровня или перехвата грунтовых вод.

Для защиты земляного полотна от скальных обвалов и осыпей прибегают к уположению откосов и склонов, укреплению неустойчивых скальных массивов подпорными, поддерживающими, одевающими стенами и анкерами.

37. Рельсовая колея, общие требования. Устройство колеи на прямых участках. Ширина колеи. Нормы и допуски

Рельсовая колея – две параллельные рельсовые нити, уложенные на основании (шпалы, брусья, блоки) и закрепленные на определенном расстоянии друг от друга. Назначение рельсовой колеи (РК) – направление колес подвижного состава при движении на прямых и криволинейных участках.

Основным требованием при проектировании и устройстве рельсовой колеи является обеспечение безопасности движения поездов с установленными скоростями при минимуме сил взаимодействия рельсового пути и подвижного состава.

Согласно Правилам технической эксплуатации железных дорог РФ (ЦРБ 756) [4, с. 12] сооружение и устройство железных дорог должно соответствовать требованиям, обеспечивающим пропуск поездов с наибольшими установленными скоростями: пассажирских – 140 км/ч, рефрижераторных – 120 км/ч, грузовых – 90 км/ч, а по конкретным участкам железных дорог на основании приказа начальника дороги устанавливаются дифференцированные скорости.

Рельсовая колея на прямых участках пути характеризуется: шириной колеи, положением рельсовых нитей по уровню и подуклонкой. На рис. 1 показана колесная пара, находящаяся на рельсовой колее в прямом участке пути.

Размеры ширины колеи S, насадки колес Т и толщины гребней h (рис. 1) с учетом допусков и износа колес установлены ПТЭ [4].

Шириной колесной колеи q (колесной пары) называют расстояние между рабочими гранями гребней (реборд) колес в расчетной плоскости. Последняя расположена на 10 мм ниже средних кругов катания колес (для неизношенных колес и рельсов).

Рис. 1. Положение колесной пары в рельсовой колее на прямом участке пути:

а– ширина колеса;δ₁,δ₂– зазоры между гребнями колес и рабочими гранями головок рельса;h₁, h₂– толщина гребней колес;μ– утолщение гребней колес выше расчетной плоскости;Т– насадка колес;q– ширина колесной пары;S– ширина колеи

ширина колеи- расстояние между рабочими гранями головок рельсов, измеренное в расчетной плоскости наиболее вероятных контактов головок рельсов с рабочими гранями гребней колес.

Наименьшее сопротивление движению также оказалось при ширине колеи 1520 мм. Допускаемые отклонения ширины колеи от нормы приняты не более +8 (по уширению) и – 4 мм (по сужению), а на участках, где установлены скорости движения 50 км/ч и менее, – не более +10 и -4 мм. В соответствии с приказом МПС № 6 Ц ширина колеи менее 1512 мм и более 1548 мм не допускается. При ширине колеи менее 1512 мм возможно заклинивание колесной пары с максимальными ее размерами в расчетной плоскости. При ширине колеи более 1548 мм возникает опасность провала колес внутрь колеи, когда колесо покатится по головке рельса той частью бандажа, которая имеет коничность 1/7 (а не 1/20-го) – при этом возникнет дополнительное распирание колеи и при плохом состоянии пути рельс может быть отжат наружу.

38.Взаимосвязь ширины рельсовой колеи и ширины колесной пары

Величина нормального зазора между рельсами и гребнем колеса должна составлять у вагонов 12 мм, а у локомотивов 14 мм. Минимальные зазоры у вагонной колесной пары 5мм, для локомотивной – 7 мм. Максимальная ширина колеи – когда при прижатом одном колесе второе проваливается.

39.Определение предельно допустимой ширины рельсовой колеи

Максимально допустимой считается такая ширина колеи, при превышении которой возможен провал колес. Началом провала колес считается такое положение, когда одно из них опирается фаской на боковую выкружку рельса, а второе колесо рассматриваемой колесной пары прижато к боковой грани противоположного рельса.

Такое положение колесной пары может стать возможным при ширине колеи

Smax= hmin + Мю + Tmin+a-6-r, где hmin- минимально допустимая толщина изношенного гребня; Мю- несовпадение плоскостей, от которых производится измерение толщины гребня и насадки колес; Tmin- минимальная толщина гребня и насадки колес; а- ширина колес; 6- ширина фаски на наружной грани колеса; r- горизонтальное расстояние от начала закругления головки рельса до её рабочей грани. Примерно 1572, но нельзя чтобы выкружка дошла до сужения в 1/7, значит максимум 1548.

41.Определение оптимальной ширины колеи

За расчетную схему определения оптимальной ширины колеи принимают схему свободного вписывания, при которой железнодорожный экипаж своим наружным колесом передней оси жесткой базы прижимается к наружному рельсу кривой, а задняя ось жесткой базы занимает радиальное положение. При этом центр вращения экипажа находится на пересечении радиуса с продольной геометрической осью экипажа.

Рис.2.1 Схема для определения оптимальной ширины колеи при свободном вписывании трехосной жесткой базы с поперечными разбегами осей

Из приведенных схем видно, что искомая ширина колеи

S_опт = q_max + f_н - ζ + 4, (2.1)

где q_max - максимальный размер колесной колеи (в нашем случае равен 1511 мм)

f_н - стрела изгиба наружной рельсовой нити, измеренная от хорды АВ; определяется по формуле

, (2.2)

где μ - расстояние от геометрической оси первой колесной пары до центра вращения экипажа;

R - радиус кривой по оси пути;

b - расстояние в плане от геометрической оси колесной пары до точки касания гребнем колеса головки рельса,

, (2.3)

где r - радиус колеса по кругу катания;

τ - угол наклона гребня колеса к горизонту; для локомотивов τ = 70°;

ζ - геометрическая величина (рис.2.1), которая возникает при вписывании как двухосных, так и трехосных экипажей с поперечными разбегами осей и которая в зависимости от величины ∑η и соотношения между ∑η и f_в может принимать различные значения.

∑η - сумма поперечных разбегов осей экипажа, влияющих на вписывание (∑η=2)

f_в - стрела изгиба внутренней рельсовой нити, измеренная от хорды A₁B₁; определяется по формуле

. (2.4)

Величина ζ может принимать следующие значения:

а) если ∑η = 0, то ζ = 0, т. е. вписывание происходит при отсутствии поперечных разбегов (рис. 2.1);

б) если ∑η < f_в, то ζ = ∑η, т.е. в формулу (2.1) вместо ζ подставляется численное значение суммы поперечных разбегов; при этом внутренний гребень колеса передней оси еще не касается внутреннего рельса. В этом случае выражение (2.1) примет вид

S_опт = q_max + f_н - ∑η +4;

в) если ∑η > f_в, то ζ = f_в, т. е. значению стрелы изгиба внутреннего рельса, при этом внутренний гребень колеса пе­редней оси будет касаться внутреннего рельса кривой:

S_опт = q_max + f_н - f_в +4;

Цифра 4 в формуле (2.1) представляет собой допуск на сужение колеи в миллиметрах.

При определении оптимальной ширины колеи возможны следующие случаи:

1. если S_опт ≤ S_ПТЭ, то вписывание в условиях оптималь­ной ширины колеи обеспечено;

2. если S_опт > S_ПТЭ, то свободное вписывание в этих условиях не обеспечено; следует перейти к определению ми­нимально допустимой ширины колеи.

42.Определение минимально допустимой ширины колеи

Положение трехосной жесткой базы экипажа, при наличии поперечных разбегов, соответствующее его заклиненному вписыванию в кривую показано на рис. 3.1.

40.Особенности устройства рельсовой колеи на кривых участках

В кривых участках железнодорожного пути рельсовая колея устраивается с учетом следующих особенностей.

1. При движении железнодорожного экипажа по кривой появляется сила инерции, которую обычно называют центробежной силой. Эта сила создает дополнительное давление на наружную рельсовую нить и вызывает крен кузова на рессорах, в связи с этим рельсы быстрее изнашиваются, возникают отбои рельсовых нитей, увеличиваются напряжения в элементах верхнего строения пути, пассажиры испытывают неприятные ощущения. С целью нейтрализации вредного влияния центробежной силы в кривых приподнимают наружную рельсовую нить над внутренней, т. е. устраивают возвышение наружной рельсовой нити.

2. При переходе экипажа из прямой непосредственно в круговую кривую внезапно появляется центробежная сила. Для исключения динамического эффекта – внезапного воздействия экипажа на путь, вызывающего боковой толчок при входе экипажа в кривую и выходе их нее, между круговой кривой и прямой устраивают особую кривую – переходную.

3. Для облегчения вписывания (прохода) тележек экипажей в кривые участки пути (R < 350 м) устраивают уширение рельсовой колеи.

4. Для соблюдения требований габарита приближения строений (С) в кривых двухпутных линий увеличивают междупутные расстояния.

5. С целью обеспечения расположения рельсовых стыков в одном створе (по «наугольнику») укладывают по внутренней нити укороченные рельсы.

Параметры рельсовой колеи как в прямых, так и в кривых участках пути должны обеспечивать безопасное движение экипажей и минимизировать их силовое воздействие на путь. Поэтому размеры и конструктивное оформление рельсовой колеи определяются во взаимосвязи ее с ходовыми частями подвижного состава, т. е. размерами и конструктивными особенностями ходовых частей экипажей, в частности, колесных пар.

Ширина колеи должна обеспечивать вписывание в кривую всех массовых экипажей. Это вписывание должно быть наиболее благоприятным и близким к свободному. Согласно ПТЭ, ширина колеи в кривых в зависимости от радиуса установлена в следующих размерах:

при R = 350 м и более 1520 мм;

при R = 349...300м 1530мм;

при R = 299 м и менее 1535 мм.

Допуски по содержанию ширины колеи в сторону уширения составляют 8мм, сужения — 4мм. При скоростях движе¬ния поездов до 50 км/ч разрешается содержать ширину ко¬леи с допуском по уширению до 10 мм.

Приведенные нормы установлены расчетами по вписыва¬нию железнодорожных экипажей в кривые.

Для кривой R =300 м принимаем SПТЭ = 1530 мм.