Дипломная (вкр): Автоматизация инженерных расчетов в путевом хозяйстве

Объемнозакаленные рельсы имеют предел прочности на 38 % выше, чем стандартные незакаленные рельсы, а предел выносливости - на 15 %. В первом приближении можно принимать для обьемнозакаленных рельсов =400 МПа.

. Продольные температурные силы непосредственно расчетной схемой не учитываются. Однако же учет их производится в практическом методе расчета пути на прочность следующим оборазом. Расчетные допускаемые напряжения от поездной нагрузки  определяются из выражения:

 (1.1)

где  - коэффициент неучтенных непосредственнов расчете факторов (подуклонка рельсов, нетемпературные климатические факторы и др.),  = 1,3;

 - температурные напряжения, действующие в рельсах.

Таким образом из зависимости 2.1 вытекает:

 (1.2)

Для бесстыковых плетей согласно [4] , где  - разница между расчетной и нейтральной (температура закрепления рельса при укладке) температурами рельсовых плетей.

Рассмотренный материал показывает, что величина допускаемых напряжений тесно связана с методом расчета.

. Влияние поперечных сил и эксцентриситета приложения вертикальных сил учитывается специальным коэффициентом .С учетом этого осевое напряжение в подошве рельса:

 (1.3)

где М - изгибающий момент;  - момент сопротивления относительно наиболее удаленного волокна подошвы.

Кромочные напряжения в подошве рельса и в его головке определяются по следующим формулам:

 (1.4)

где  - коэффициент перехода т осевых напряжений в подошве к кромочным в головке рельса.

Величины  и  зависят от радиуса кривой, типа верхнего строения пути, типа экипажа и положения оси в экипаже (направляющая или другая).

. Вертикальные силы от расчетного колеса принимаются как максимально вероятные , определяемые с уровнем вероятности их непревышения  = 0,994 и  = 2,5 [4]. Одновременно давления от соседних колес тележки (или другой группы рассматриваемых колес) не могут быть максимальными. Ввиду относительно небольшого влияния соседних колес принимается допущение, что давления от них имеют средние значения.

Если рассмотреть совместно допущения №7 и №10, то условие прочности рельсов под поездной нагрузкой можно представить себе как сопоставление двух величин: суммарного нормального напряжения от изгиба рельса под действием колеса и изменения температуры и допускаемого напряжения. При этом первая величина определяется как максимальная вероятная с уровнем вероятности ее пепревышеши Ф=0.994 (=2,5), а вторая - как минимальная вероятная с уровнем вероятности непоявления меньших значений  = 0,999 ( = 3,0).

. Влияние климатических факторов учитывается лишь при температурных воздействиях на рельсы и изменениях жесткости пути () при промерзании шпал, балласта и земляного полотна.

. Собственные напряжения в расчетах не учитываются [4].

. Колеблющаяся масса колеса и пути в расчетах учитывается через коэффициент

 (1.5)

где - колеблющаяся масса колеса;

- колеблющаяся масса пути, которая выражается в долях .

Для пути с деревянными шпалами  = 0,433;  = 1,31. Для пути с железобетонными шпалами  = 0,401;  = 1,48.

. Неупругие сопротивления не учитываются.

. За расчетное сечение пути принимается сечение в зоне влияния изолированной неровности на пути, которое экипаж проходит со сжатыми рессорами.

. Максимальная сила инерции при проходе колесом изолированной неровности на пути имеет место уже после выхода колеса из неровности .

. Подавляющая часть неровностей на колесах принимается в виде непрерывных, доля которых () = 0,95. Считается, что остальная часть колес ( %) имеет изолированные неровности. Дисбаланс колес не учитывается.

Несмотря на большое количество допущений и предпосылок расчет должен будет дать достаточно удовлетворительные результаты, хорошо совпадающие с экспериментальными данными. Это объясняется тем, что численные параметры, составляющие основу расчета взяты непосредственно из экспериментов такими, чтобы расчетные и экспериментальные значения сил, прогибов и напряжений совпадали [4]. Влияние допущений и неучтенных факторов учитывается в расчетах введением коэффициента запаса = 1,3.

Методика оценки воздействия подвижного состава на путь по условиям обеспечения его прочности содержит способы практического расчета нагрузок и напряжений в элементах верхнего строения пути от воздействия на него подвижного состава. Результаты этих расчетов применяются для: установления условий обращения нового или модернизированного подвижного состава самостоятельно или в комплексе с результатами испытаний и других исследований; проведения технико-экономических расчетов по выбору параметров основных элементов верхнего строения пути для заданных условий эксплуатации; расчетов по установлению рациональных скоростей движения подвижного состава в различных условиях эксплуатации. Методика дает результаты расчетов, совпадающие с экспериментальными данными, полученными при скоростях движения до 140 км/ч. Для скоростей движения пассажирских поездов свыше 140 км/ч в расчетах следует применять результаты испытаний конкретных типов подвижного состава (в частности, это относится к динамической нагрузке от колебаний надрессорного строения экипажа). Оценочные критерии прочности (допускаемые напряжения) в данной Методике определены из условия обеспечения надежности пути. Конструкции верхнего строения пути и экипажной части подвижного состава должны находиться в исправном состоянии, соответствующем требованиям "Правил технической эксплуатации Белорусской железной дороги и действующим техническим нормам. Все многообразие сил, действующих на путь, сводится к следующим основным расчетным схемам их приложения: вертикальные силы; горизонтальные поперечные (боковые) силы. Принимается условие, что силы, действующие на путь, независимы друг от друга. Горизонтальные поперечные (боковые) силы, а также крутящие моменты из-за эксцентриситета приложения вертикальных сил, в расчетах учитываются коэффициентом f, определенным по результатам испытаний. Расчетные формулы для определения нагрузок на путь и напряжений в элементах верхнего строения пути основаны на рассмотрении изгиба рельсов в вертикальной плоскости как балки бесконечно большой длины, лежащей на сплошном упругом основании. При этом предполагается, что напряжения, возникающие под воздействием статической (неподвижной) нагрузки, по величине аналогичны напряжениям от динамической (подвижной) нагрузки той же величины.

Динамическая максимальная нагрузка от колеса на рельс, кгс, определяется по формуле

 (1.6)

где  - среднее значение вертикальной нагрузки колеса на рельс, кгс;

 - среднеквадратическое отклонение динамической вертикальной нагрузки колеса на рельс, кгс;

 - нормирующий множитель, определяющий вероятность события, т.е. появления максимальной динамической вертикальной нагрузки.

Результаты многочисленных испытаний различных типов подвижного состава показывают, что распределение среднего квадратического отклонения динамической вертикальной нагрузки колеса на рельс  подчиняется закону Гаусса.[Лысюк Сазонов Башкатова] Многолетний опыт расчетов верхнего строения пути на прочность подтверждает правильность "Правил" вероятности события (возникновения ) поэтому в Методике сохраняется эта вероятность, равная 0,994, т.е. из 1000 случаев прохода колеса в расчетном сечении только в шести случаях возможно превышение , при этом значение  равно 2,5. Среднее значение вертикальной нагрузки колеса на рельс, кгс, определяется по формуле

 (1.7)

где  - статическая нагрузка колеса на рельс, кгс;

 - среднее значение динамической нагрузки колеса на рельс от вертикальных колебаний надрессорного строения экипажа, кгс.

 (1.8)

где  - динамическая максимальная нагрузка колеса на рельс от вертикальных колебаний надрессорного строения, кгс.

Динамическая максимальная нагрузка колеса на рельс от вертикальных колебаний надрессорного строения  может быть определена одним из следующих способов.

. При известных экспериментальных значениях k - коэффициента динамических добавок от вертикальных колебаний надрессорного строения (называемого также коэффициентом вертикальной динамики экипажа) - , кгс, определяется по формуле

 (1.9)

где q  - отнесенный к колесу вес необрессоренных частей, кгс.

Этот способ позволяет учитывать различное конкретное состояние пути и ходовых частей подвижного состава через применение соответствующих экспериментальных значений .

Значение  для различных типов локомотивов по результатам испытаний по установлению допускаемых скоростей движения (для пути и локомотивов в исправном состоянии) приведены в таблицах 4 и 5 в [10]. 2. При отсутствии экспериментальных данных значение  определяется по формуле

 (1.10)

где  - скорость движения, км/ч;

 - статический прогиб рессорного подвешивания, мм; при двухступенчатом рессорном подвешивании за величину  принимается сумма статических прогибов обеих ступеней.

. Динамическая нагрузка колеса на рельс , кгс, может быть рассчитана с использованием эмпирических зависимостей динамических прогибов рессорного подвешивания  от скоростей движения определяется по формуле

 (1.11)

где  - приведенная к колесу жесткость рессорного подвешивания, кг/мм;

 - динамический прогиб рессорного подвешивания, мм. Значения шах для различных типов подвижного состава приведены в таблице 6 в [10].

Среднеквадратическое отклонение динамической вертикальной нагрузки колеса на рельс S, кгс, определяется по формуле композиции законов распределения его составляющих:

 (1.12)

где  - среднее квадратическое отклонение динамической нагрузки колеса на рельс от вертикальных колебаний надрессорного строения, кгс;

 - среднее квадратическое отклонение динамической нагрузки колеса на рельс от сил инерции необрессоренных масс при прохождении колесом изолированной неровности пути, кгс;

 - среднее квадратическое отклонение динамической нагрузки колеса на рельс от сил инерции необрессоренных масс, возникающих из-за непрерывных неровностей на поверхности катания колес, кгс;

 - среднее квадратическое отклонение динамической нагрузки колеса на рельс от сил инерции необрессоренной массы, возникающих из-за наличия на поверхности катания колес плавных изолированных неровностей, кгс;

 - количество колес рассчитываемого типа, имеющих изолированные плавные неровности на поверхности катания, отнесенное к общему числу таких колес, %, эксплуатируемых на участке;

 - количество колес, %, имеющих непрерывную плавную неровность на поверхности катания.

Обычно при отсутствии конкретной информации принимается средний процент осей, имеющих изолированную плавную неровность, равный 5%, соответственно - непрерывную плавную неровность 95%.

1.3 Обоснование разработки новой автоматизированной программы «Расчет пути на прочность от воздействия локомотивов»