Презентация на тему "Цель изучения дисциплины"

Содержание

• 
  Слайд 1
  

  Преподаватель кафедры «Путь и путевое хозяйство» Труханов Павел Станиславович ауд. 311 эл. почта: gaiwer123@mail.ru Проектирование и расчеты элементов верхнего строения железнодорожного пути Курсовой проект

• 
  Слайд 2

  Цель изучения дисциплины

  Расчеты пути на прочность и устойчивость сводятся к определению напряжений и деформаций в его элементах под нагрузкой. Результаты расчетов пути могут использоваться в целях: оценки напряженно-деформированного состояния данной конструкции пути при заданных условиях эксплуатации; определения таких нагрузок и скоростей движения поездов, при которых напряжения и деформации, возникающие в пути, не будут превосходить допустимых, а его устойчивость будет надежно обеспечена; проектирования новых конструкций пути. 2

• 
  Слайд 3
  

  Работу оформить в соответствии со стандартом организации СТО СГУПС 1.01С.02-2006 «Курсовой и дипломный проекты. Требования к оформлению». Список используемой литературы приведен на бланке с заданием. Для формул выполнять сквозную нумерацию (1), (2), (3)… или с указанием раздела (1.1), (1.2), (1.3)…. Аналогично для рисунков. 3

• 
  Слайд 4
  

  4 1. Расчет железнодорожного пути на прочность1.1. Определение параметров конструкции пути для заданных условий 1.1.1 Допущения к расчетной схеме При расчете железнодорожного пути на прочность рельс рассматривается как балка постоянного сечения бесконечно большой длины, лежащая на сплошном упругом основании (рис. 1). Рисунок 1 – Расчетная схема железнодорожного пути Основание работает как на сжатие, так и на растяжение. Такая двухсторонняя связь выражается зависимостью где – интенсивность реакции основания; – модуль упругости подрельсового основания; – осадка основания.  

• 
  Слайд 5
  

  5 Все физико-механические характеристики пути принимаются детерминированными (неслучайными, постоянными для заданных условий). Расчет ведется на вертикальные силы, приложенные к оси симметрии рельса. Действие горизонтальных сил учитываются коэффициентом. Напряжения и деформации в расчетных сечениях вычисляются как алгебраические суммы этих величин от действия различных нагрузок (принцип независимости действия сил).

• 
  Слайд 6
  

  6 1.1.2 Исходные данные для выполнения расчета Расчет железнодорожного пути на прочность будет производиться для железнодорожного пути с рельсами типа Р65 (приведенный износ не более 6 мм) на железобетонных шпалах в кривой радиусом R м от воздействия локомотива ВЛ-XXпри следующих исходных данных: 1) статическая нагрузка колеса на рельс кН (бланк задания); 2) отнесенный к колесу вес неподрессоренной части экипажа = Н (страница 71 таблица П. 1.1); 3) жесткость рессорного подвешивания = Н/м (страница 71 таблица П. 1.1); 4) статический прогиб рессорного подвешивания = м (страница 71 таблица П. 1.1); 5) диаметр колеса = м (страница 71 таблица П. 1.1);  

• 
  Слайд 7
  

  7 6) расстояние между центрами осей колесных пар экипажа = м, = м (страница 71 таблица П. 1.1); 7) скорость движения экипажа = м/с (бланк задания, разделить на 3,6 и округлить до десятых); 8) глубина изолированной неровности = м (страница 74 таблица П. 1.4 для подшипников качения); 9) коэффициент учитывающий горизонтальные силы в кривом участке = (страница 73 таблица П. 1.2, для локомотива ВЛ-82м принять значение как и у ВЛ-80); 10) модуль упругости подрельсового основания летом в кривом участке = МПа (бланк задания); 11) расстояние между осями шпал в кривом участке = 0,5 м (т.к. эпюра в кривом участке 2000 шт./км); 12) момент инерции рельса = м4(страница 75 таблица П.2.1);  

• 
  Слайд 8
  

  8 13) момент сопротивления рельса = м3 (страница 75 таблица П. 2.1); 14) коэффициент, учитывающий влияние - типа рельсов = 0,87 (для рельсов типа Р65); - рода балласта = 1 (для щебня); - жесткости пути = 0,322 (для железобетонных шпал); - изменения колеблющейся массы пути на железобетон-ных шпалах = 0,931 (для железобетонных шпал); - колеблющейся массы пути = 0,403 (для железобетонных шпал); 15) площадь подрельсовой прокладки = м2 (страница 75 таблица П. 2.1);  

• 
  Слайд 9
  

  9 16) площадь полушпалы = м2 (страница 75 таблица П.2.1); 17) толщина балластного слоя = 0,6 м (0,4 м щебеночный слой и 0,2 м песчаная подушка); 18) ширина нижней постели шпалы = м (страница 75 таблица П. 2.1); 19) поправочный коэффициент = (страница 75 таблица П. 2.1). На рисунке 2 представлен поперечный профиль балластной призмы.  

• 
  Слайд 10

  Параметры типовых поперечных профилей балластной призмы

  10 В числителе приведены значения для звеньевого пути при деревян-ныхшпалах; в знаменателе - для бесстыкового пути на железобетон-ныхшпалах.

• 
  Слайд 11
  

  11 Поперечный профиль балластной призмы Чертеж изображается на листе пояснительной записки (построенный в графическом редакторе) или листе миллиметровой бумаги формата А4 (чертится карандашом), расположенный в альбомной ориентации (горизонтальном положении). Масштаб чертежа 1:50. На чертеже указать размеры. Длина железобетонной шпалы 2,7 м. Рисунок 2 – Поперечный профиль балластной призмы

• 
  Слайд 12
  

  12 1.2 Определение расчетной нагрузки от колеса на рельс Колесная нагрузка на путь складывается из статического давления колеса и динамических составляющих где Pp, Pнп, Pнк – динамические составляющие от колебания кузова на рессорах, изменения движения необрессоренных масс от неровностей пути и поверхности катания колес, Н. Динамические составляющие нагрузки имеют вероятност-ный характер (принимают различные значения во времени в произвольных сочетаниях). Для вероятности события p=0,994, обеспечивающей нормальную эксплуатацию пути, максимальная динамическая нагрузка , Н, (расчетное значение) вычисляется через ее среднее значение Pср, Н, и среднеквадратическое отклонение S, Н, как  

• 
  Слайд 13
  

  13 Как показали исследования, динамические составляющие Pнп и Pнкможно принять равными нулю, так как силы инерции необрессоренных масс от неровностей пути и поверхности катания колес вызывают догрузку и разгрузку колеса с одинаковой вероятностью. Среднеквадратическое отклонение статической нагрузки колеса, как постоянной величины, принимается равным нулю. С учетом этого за среднее значение вертикальной нагрузки колеса на рельс Pср, Н,принимается где Pст – статическая нагрузка колеса на рельс, Н; – средняя величина нагрузки, возникающая за счет вертикальных колебаний кузова на рессорах, Н, определяемая по формуле где – динамическая максимальная нагрузка колеса на рельс от вертикальных колебаний надрессорной части экипажа, Н. Определим ее по коэффициенту динамических  

• 
  Слайд 14
  

  14 добавок где qк – вес необрессоренной части экипажа, приходящийся на одно колесо, Н; kд – коэффициент динамических добавок от вертикальных колебаний надрессорной части, определяемый по эмпирической зависимости где v – скорость движения, м/с; fст – статический прогиб рессорного подвешивания, м. Среднеквадратическое отклонение динамической нагрузки колеса на рельс S от нескольких факторов определяется из суммы дисперсий, Н

• 
  Слайд 15
  

  15 где Sp – среднеквадратическое отклонение динамической нагрузки колеса на рельс от вертикальных колебаний надрессорной части экипажа, Н; Sнп – среднеквадратическое отклонение динамической нагрузки колеса на рельс от действия сил инерции необрессоренным масс при прохождении колесом изолированной неровности пути, Н; Sннк– среднеквадратическое отклонение динамической нагрузки колеса на рельс от действия сил инерции необрессоренным масс из-за наличия непрерывных неровностей на поверхности катания колес, Н; Sинк– среднеквадратическое отклонение динамической нагрузки колеса на рельс от действия сил инерции необрессоренным масс, возникающих из-за наличия изолированных неровностей на поверхности катания колес, Н; q1 – доля колес, имеющих изолированные неровности, от общего числа однотипных колес, остальные из которых имеют непрерывные неровности (принять равной 0,05).

• 
  Слайд 16
  

  16 Среднеквадратическое отклонение нагрузки Sp, возникающей за счет колебания кузова на рессорах, определяется как Среднеквадратическое отклонение Sнп определяется по формуле где – максимальное значение силы инерции, Н где α1 – коэффициент, учитывающий изменение колеблющейся массы пути на железобетонных шпалах по сравнению с путем на деревянных шпалах (для железобетонных шпал α1 = 0,931);  – коэффициент, учитывающий влияние типа рельса на возникновение динамической неровности по отношению к рельсу типа Р50  

• 
  Слайд 17
  

  17 где Iр – момент инерции рельса рассматриваемого типа при износе 0 мм (для рельсов типа Р65  = 0,87); ε – коэффициент, учитывающий влияние жесткости пути (материал и конструкция шпалы) на образование динамической неровности пути по сравнению с деревянными шпалами; γ – коэффициент, учитывающий влияние рода балласта на образование динамической неровности пути; lш – расстояние между осями шпал, м; U – модуль упругости подрельсового основания, МПа; qк – неподрессоренная масса, отнесенная к одному колесу, Н; k – коэффициент относительной жесткости пути рельсового основания и рельса, м-1, определяемый по формуле E – модуль упругости материала балки (для рельсовой стали E = 2,1·105МПа); Iz – момент инерции поперечного сечения балки (рельса), относительно центральной оси, м4.

• 
  Слайд 18
  

  18 Среднеквадратическое отклонение динамической нагрузки на рельс Sннк от сил инерции необрессоренной массы, возникающих из-за наличия непрерывных неровностей на поверхности катания колес, Н, определяется как где – максимальное значение силы инерции, Н где k1 – коэффициент, характеризующий неравномерности образова-ния проката поверхности катания колес, принимаемый для электровозов, тепловозов, мотор-вагонного подвижного состава и вагонов равным 0,23; α0 – коэффициент, учитывающий влияние колеблющейся массы пути; d – диаметр колеса, м.  

• 
  Слайд 19
  

  19 Среднеквадратическое отклонение динамической нагрузки колеса на рельс Sинк от сил инерции необресоренной массы Pинк, возникающих из-за наличия на поверхности катания плавных изолированных неровностей, определяется по формуле, Н где – максимальное значение силы инерции, Н где ymax – наибольший дополнительный прогиб рельса при вынужденных колебаниях катящегося по ровному рельсу колеса с изолированной неровностью на поверхности катания, м. При скорости v ≥ 20 км/ч для подавляющего числа расчетных случаев ymax = 1,47·e, где e– расчетная глубина плавной изолированной неровности на поверхности катания колеса, м.  

• 
  Слайд 20

  Порядок вычисления

  20

• 
  Слайд 21
  

  21

• 
  Слайд 22
  

  22 1.3 Эквивалентные нагрузки 1.3.1 Общие положения При движении поезда на путь воздействует система сосредоточенных сил – давление от колес тележек. Самым невыгодным (опасным) положением такой подвижной нагрузки для расчетного сечения является расположение одного из колес на вершине линии влияния. Учитывая то, что линии влияния изгибающих моментов и прогибов принятой модели пути быстро затухают, достаточно рассмотреть систему сил, состоящую из давлений трех последовательно расположенных колес. Нагрузку, определяемую как сумму воздействия усилий от каждого из включенных в расчетную схему колес в данном сечении, называют эквивалентной нагрузкой. При определении эквивалентных нагрузок считается, что одно из колес тележки локомотива или вагона передает на рельс расчетную нагрузку, а другие – среднюю (т. е. вероятный максимум динамической нагрузки расчетного колеса не совпадает с максимумом нагрузок соседних колес).

• 
  Слайд 23
  

  23 1.3.2 Эквивалентная нагрузка при определении изгибающего момента Максимальная эквивалентная нагрузка для расчетов напряжений в рельсах от изгиба определяется по формуле где – ординаты линии влияния изгибающих моментов рельса в сечениях пути, расположенных под колесными нагрузками от осей тележки, смежных с расчетной осью (е – число Эйлера, е ≈ 2,71828) Для системы, состоящей из трех нагрузок, наиболее опасным расположением (установкой) колес относительно расчетного сечения является схема, показанная на рисунке 1.  

• 
  Слайд 24
  

  24 Рисунок 1 – Схема определения эквивалентной нагрузки при расчете изгибающего момента

• 
  Слайд 25
  

  25 Для рассмотренной установки координаты средних нагрузок равны x1 = l1 = … м, x2 =l1+ l2 = … м. Ординаты линии влияния изгибающих моментов рельса в сечениях пути под этими нагрузками будут составлять μ(kx1) = … м; μ(kx2) = … м. Тогда максимальная эквивалентная нагрузка для расчетов напряжений в рельсах от изгиба … Н.  

• 
  Слайд 26
  

  26 1.3.3 Эквивалентная нагрузка для определения прогиба   Эквивалентная нагрузка для определения прогиба рельса рассчитывается аналогичным образом. Максимальная эквивалентная нагрузка определяется по формуле где – ординаты линии влияния прогибов рельса в сечениях пути, расположенные под колесными нагрузками от осей тележки, смежных с расчетной осью При определении существует две опасные установки колесной нагрузки (рисунок 2). В большинстве случаев оказывается больше при расчете по второй установке.  

• 
  Слайд 27
  

  27 а)

• 
  Слайд 28
  

  28 Рисунок 2 – Схема определения эквивалентной нагрузки при расчете прогиба б)

• 
  Слайд 29
  

  29 Для второй схемы нагружения (рисунок 2б) координаты средних нагрузок равны x1 = l1 = … м, x2 = = l2= … м. Ординаты линии влияния прогибов рельса в сечениях пути при таком расположении нагрузок будут составлять η(kx1) = … м; η(kx2) = … м. Тогда максимальная эквивалентная нагрузка для определения прогиба рельса … Н.  

• 
  Слайд 30
  

  30 1.4 Определение изгибающего момента, прогиба и давления рельса на шпалу Изгибающий момент в рельсе от воздействия эквивалентной нагрузки определяется по формуле, Н·м M = … Максимальный прогиб рельса, м y = … Приближенное давление рельса на шпалу определяется как Q0 = … . . .

• 
  Слайд 31
  

  31 1.5 Определение напряжений в элементах верхнего строения пути 1.5.1 Осевые напряжения в подошве рельса Максимальные осевые напряжения в подошве рельса от изгиба и вертикальной нагрузки определяются по формуле , где W – момент сопротивления поперечного сечения рельса относительно нейтральной оси для удаленного волокна подошвы, м3. σпо = …

• 
  Слайд 32
  

  32 1.5.2 Кромочные напряжения в подошве рельса Вертикальная нагрузка от колеса на рельс имеет смещение (эксцентриситет) относительно оси симметрии сечения рельса. Со стороны гребня колеса на головку рельса действует горизонтальная сила (рисунок 1). Вследствие этого в наиболее удаленных точках от центральных осей поперечного сечения рельса (наружная кромка подошвы и внутренняя кромка головки рельса) возникает сложное напряженное состояние от совместного действия двух изгибающих моментов и крутящего момента.

• 
  Слайд 33
  

  33 Рисунок 1 – Схема приложения сил на рельс

• 
  Слайд 34
  

  34 Нормальные напряжения в кромке подошвы рельса вычисляются по формуле, Па , где f – коэффициент перехода к кромочным напряжениям, зависящий от типа экипажа, радиуса кривой (п.1.1.2 под номером 9) σпк= …

• 
  Слайд 35
  

  35 1.5.3 Напряжения в шпалах и в балластном слое под шпалой Напряжения смятия в деревянных шпалах под подкладками и в прокладках при железобетонных шпалах определяются по формуле , где ω – площадь подкладки или подрельсовой прокладки, м2. σш= …

• 
  Слайд 36
  

  36 Напряжения в балластном слое под шпалой в подрельсовом сечении где Ωα – эффективная опорная площадь полушпалы с учетом изгиба, м2. σб= …

• 
  Слайд 37
  

  37 1.6 Напряжения на основной площадке земляного полотна Схема колесной нагрузки принимается как и во второй установке при определении эквивалентной нагрузки для расчета прогиба рельса (рисунок 2).  

• 
  Слайд 38
  

  38 Рисунок 2 – Схема расчета напряжений на основной площадке земляного полотна

• 
  Слайд 39
  

  39 Напряжения на основной площадке земляного полотна σh на глубине h определяются под расчетной шпалой с учетом давлений, передаваемых двумя соседними шпалами, Па где σh0 – напряжения от действия расчетной шпалы на глубине hот ее подошвы; σh1, σh2 – напряжения от действия соседних шпал на глубине h от ее подошвы. Нормальные вертикальные напряжения на глубине h от расчетных давлений под подошвами шпал σб,σб1, σб2 определяются на основе решения плоской задачи теории упругости при рассмотрении шпального основания как однородной изотропной среды по формулам

• 
  Слайд 40
  

  40 где σб, σб1, σб2 – напряжения в балласте под расчетной и соседними шпалами, определяемые как (1) (2) (3) (4) (5) (6)

• 
  Слайд 41
  

  41 В формулах (4) – (6) Qc1и Qc2 – давления на соседние шпалы, определяются по формулам

• 
  Слайд 42
  

  42 В формулах (1) – (3) r1 – параметр, учитывающий влияние материала шпал на напряжения, m1– коэф-фициент, учитывающий неравномерность напряже-ний по ширине шпалы и определяемый как но не менее 1; С1, С2,Ah– константы, зависящие от геометрии шпального основания (ширины подошвы шпалы b, м, толщины балласта h, м, расстояния между осями шпал lш, м), определяемые по формулам

• 
  Слайд 43
  

  43 где и

• 
  Слайд 44
  

  44 Порядок расчета η(klш), η(k(l1 – lш), η(k(l2+lш), η(k(l1+lш), η(k(l2–lш) по формуле в п. 1.3.3; Qc1, Qc2; σб, σб1, σб2; β1, β2, Ah, C1, C2, m1; σh0,σh1, σh2; σh .  

• 
  Слайд 45
  

  45 1.7 Допускаемые напряжения Расчет рельсов и других элементов пути на прочность ведется по допускаемым напряжениям, которые ограничивают максимальные расчетные напряжения от поездной нагрузки В соответствии с характером работы каждого из элементов пути регламентируются следующие виды допускаемых напряжений (оценочные критерии прочности пути), обеспечивающих прочность и надежность железнодорожного пути:

• 
  Слайд 46
  

  46 [σк] – допускаемые напряжения растяжения в кромке подошвы рельса, обусловленные изгибом последнего и кручением от вертикального и горизонтального воздействия подвижного состава; [σш] – допускаемые напряжения на смятие в деревянных шпалах под прокладками и в прокладках для железобетонных шпал; [σб] – допускаемые напряжения сжатия в балласте под шпалой в подрельсовой зоне; [σh] – допускаемые напряжения сжатия на основной площадке земляного полотна. Превышение расчетных напряжений над допускаемыми указывает на необходимость усиления пути, причем превышение до 30 % не является основанием для ограничения скорости движения поездов.

• 
  Слайд 47
  

  47 Численные значения допускаемых напряжений в элементах верхнего строения пути (ВСП) зависят от вида подвижного составаи грузонапряженности пути (представлены в таблице П. 2.2 /2/). В рамках курсового проекта будем принимать значения допускаемых напряжений для грузонапряженности более 50 млн т·км брутто/км в год. Однако в кривых радиусом 1000 м и менее рекомендуется принимать значение [σк] = 240 МПа независимо от грузонапряженности. Также при железобетонных шпалах [σш] следует принимать 7,5 МПа для локомотивов и 6,7 МПа для вагонов. В таблице 1 представлено сравнение допускаемых и расчетных напряжений в элементах ВСП.

• 
  Слайд 48
  

  48 Таблица 1 – Напряжения в элементах верхнего строения пути

• 
  Слайд 49
  

  49 1.8 Расчет пути на прочность на ПЭВМ Алгоритм расчета пути на прочность , изложенный в разделах 1.1 – 1.7 реализован в инструментальной среде MathCAD, позволяющей выполнять многоваринтные вычисления для различных конструкций пути и типов подвижного состава. Для удобства ввода информации в расчетный модуль заполним таблицу 1, содержащую исходные данные по выполнению расчета от воздействия на путь локомотива и вагона (согласно варианту задания).

• 
  Слайд 50
  

  50 Таблица 1 – Исходные данные для расчета пути на прочность в программной среде MathCAD

• 
  Слайд 51
  

  В таблице 1: скорость движения экипажа разбить на 4 интервала (v/4, 2*(v/4), 3*(v/4),v); модуль упругости записать для 4 вариантов условий – лето прямая, лето кривая, зима прямая, зима кривая; коэффициент, учитывающий горизонтальные силы, и расстояние между осями шпал взять для прямого и кривого участка. 51

• 
  Слайд 52
  

  52

• 
  Слайд 53
  

  53

• 
  Слайд 54
  

  54

• 
  Слайд 55
  

  55

• 
  Слайд 56
  

  56

• 
  Слайд 57
  

  57

• 
  Слайд 58
  

  58

• 
  Слайд 59
  

  59

• 
  Слайд 60
  

  60 Результаты автоматизированного расчета представлены в таблицах 2 и 3. На рисунках 1 – 5 представлены графики зависимости напряжений в элементах ВСП от скорости движения подвижного состава. Таблица 2 – Результаты расчета нагрузки

• 
  Слайд 61
  

  61 Таблица 3 – Результаты расчета напряжений

• 
  Слайд 62
  

  На рисунках 1 – 5 представлены графики зависимости напряжений в элементах верхнего строения пути от скорости движения (в соответствии с таблицей 3составить 5 графиков). 62

• 
  Слайд 63
  

  63 Рисунок 1 – Зависимость осевых напряжений в подошве рельса от скорости движения электровоза ВЛ-** – прямая летом; – кривая летом; – прямая зимой; – кривая зимой [σк]=240 МПа

• 
  Слайд 64
  

  64 Из анализа рисунков 1 – 5 видно, что напряжения во всех элементах верхнего строения пути и на основной площадке земляного полотна не превышают допускаемые. Следовательно, рассматриваемая конструкция пути удовлетворяет условию прочности, и ее можно использовать в заданных условиях эксплуатации без усиления и без снижения скоростей движения поездов.