для чего устраивается возвышение наружного рельса в кривых участках пути

Возвышение наружного рельса

Возвышение наружного рельса в криволинейных участках пути — необходимо для уравновешивания центробежных сил, действующих на подвижной состав, предотвращения его опрокидывания, обеспечения одинакового вертикального износа рельсов обеих рельсовых нитей и снижения у пассажиров неприятных ощущений, возникающих при движении поезда по криволинейному участку пути.

Возвышение наружного рельса при известных ширине колеи и конструкции подвижного состава зависит главным образом от установленных скоростей движения поездов и радиуса кривой (на отечественных железных дорогах 4000 м и менее).

Для обеспечения одинаковых вертикальных износов и сроков службы рельсов обеих нитей необходимо, чтобы при возвышении h₀ (рис. 1) сумма нормальных давлений от всех поездов на наружную нить равнялась сумме нормальных давлений от тех же поездов на внутреннюю нить, а центростремительная сила (G·sin α) — центробежной силе (I·cos α). Максимальное значение возвышения наружного рельса на отечественных железных дорогах принято 150 мм. При изменении условий эксплуатации значение возвышения наружного рельса в кривой приводят в соответствие с расчётным значением. Изменение (отвод) возвышения наружного рельса от нуля на прямых до соответствующего размера на круговых кривых производится постепенно в пределах так называемых переходных кривых. Практически возвышение наружного рельса в пределах криволинейного участка обеспечивается большей толщиной балластного слоя под шпалами под наружной рельсовой нитью (рис. 2).

На мостах возвышение наружного рельса достигается:

при мостовом полотне на балласте — увеличением толщины балластного слоя с наружной стороны; при деревянных поперечинах — установкой пролётного строения с поперечным наклоном или в крайнем случае — укладкой под брусья деревянных прокладок; при металлических поперечинах и непосредственной укладке рельсов на железобетонную плиту делают специальный расчёт.

Источник

Методика определения возвышения наружного рельса в кривых участках пути

Приложение к указанию МПС России
от 17.03.S7 г. № С 333у

МЕТОДИКА
ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВОЗВЫШЕНИЯ НАРУЖНОГО РЕЛЬСА
В КРИВЫХ УЧАСТКАХ ПУТИ

Утверждаю
Начальник Департамента пути
и сооружений
___________________ С.А. Рабчук
«12» февраля 1997 г.

Допускаемые скорости движения поездов по сопряжениям кривых и стрелочным переводам, уложенным в кривых, устанавливаются в соответствии с приказом МПС № 2ЦЗ от 14 июля 1994 г.

Величина возвышения в круговой кривой определяется начальником дистанции пути и утверждается начальником железной дороги.

3. Величина возвышения в кривой в мм определяется по формулам:

— для пассажирского поезда

— для грузового поезда

— для потока поездов

где и — максимальные скорости соответственно пассажирского и грузового поезда, установленные в кривой по приказу Начальника дороги (км/ч);

— приведенная скорость поездопотока, определяемая согласно приложению 1 (км/ч);

Предварительный выбор формулы, дающей большее возвышение, может быть проведен по номограмме, приведенной в приложении 2.

4. Для многорадиусных кривых величина возвышения рассчитывается по минимальному радиусу, полученному после расчета выправки кривой. При этом для других радиусов должно обеспечиваться соблюдение нормативов по предельным непогашенным ускорениям в соответствии с Приказом 2ЦЗ от 14.7.1994 г.

Величина радиуса может быть определена по ленте путеизмерителя ЦНИИ-2 по приближенной формуле (для масштаба записи 1:2)

Соотношение величин R и £ представлено в табл. 1.

Источник

Для чего устраивается возвышение наружного рельса в кривых участках пути

Колеса подвижного состава, в отличие от автомобильных, закреплены на оси жестко, т. е. не могут автономно проворачиваться при движении по кривым. У новых колес поверхность катания по рельсам имеет комичность 1:п=1:20, и в кривых с R=1100—1300 м колеса первой оси тележки катятся без продольного скольжения. При других радиусах и иных 1:п они неизбежно скользят по рельсам.

Массовые замеры свидетельствуют, что у грузовых вагонов коничность 1:20 фактически имеют не более 10% колесных пар. Примерно у 30% поверхность практически цилиндрическая 1:п=100 или даже с отрицательной коничностью. У остальных 60% колес коничность находится в интервале от 1:20 до 1:00.

При свободном качении по кривым радиусом 300, 400 и 500 м изношенные (цилиндрические) вагонные колеса на внутренней рельсовой нити за каждые 10 оборотов обгоняют наружные соответственно на 16, 12, 10 см, а за каждые 20 оборотов забег внутреннего колеса по направлению движения составляет соответственно 32, 24 и 20 см. Происходит перекос колесной пары в плане и провал внутрь колеи внутреннего колеса.

В современных двухосных тележках грузовых и пассажирских вагонов обе колесные пары конструктивно связаны. Поэтому жестко насаженные на ось колеса, катящиеся по внутренней рельсовой нити кривой, не могут полностью опережать наружные колеса, как при качении одиночной оси.

Для пассажирских вагонов за рубежом уже начали применять колесные пары с автономным вращением колес. Естественно, что при таких тележках нет продольного скольжения колес по рельсам в кривых и обусловленных этим повышенных силовых горизонтальных воздействий на рельсы. Современные мировые тенденции в совершенствовании тележек грузовых вагонов ориентированны на снижение воздействия на путь и облегчение технического обслуживания. Главные направления работы, связанной с достижением этих целей, — уменьшение неподрессоренной массы введением буксовой ступени рессорного подвешивания с эффективным демпфированием, обеспечение высокой критической скорости по вилянию, использование гибкой поперечной связи тележки с кузовом, радиальная установка колесных пар в кривых и резкое сокращение числа кинематических пар с поверхностным трением.

Появилась очень привлекательная идея: «Грузовая тележка должна быть «дружественной» по отношению к пути». Заманчиво? Да, если иметь в виду минимальное силовое продольное и поперечное воздействие колес на рельсы. Но возникает такой вопрос. Позволяет ли существующая уже более 150 лет так называемая наука о вписывании тележечных экипажей в кривые адекватно оценить реальное силовое взаимодействие колес с рельсами? Накопленный автором опыт за 46 лет изучения во ВНИИЖТе причин повреждения рельсов и схода вагонов в кривых позволяет ответить однозначно, что наука о «вписывании» не может дать такой оценки. Почему? Да потому, что масса экипажа в расчетной модели сосредоточена в плоскости на уровне головок рельсов. Не учитывается влияние возвышения наружного рельса на переключение неизбежного продольного скольжения одного колеса каждой колесной пары с внутреннего на наружный рельс или наоборот. Без должного обоснования реальное скольжение с кулоновым трением заменено квазискольжением, именуемым крипом. Преувеличена роль угла набегания в силовом контактировании колес с рельсами и их износе.

Мы предлагаем следующую физическую модель силового контактирования колес с рельсами.

Во-первых, для оценки силового контактирования принимается профиль поверхности катания не нового колеса, а наиболее неблагоприятный по горизонтальному воздействию на рельсы — изношенный (цилиндрический). На железных дорогах России вследствие избытка возвышения наружного рельса в кривых максимальный износ обода колеса происходит не по среднему кругу катания, а у основания гребня с ускоренным его подрезом. Поэтому у вагонов не менее 30% колес имеют изношенную (цилиндрическую) форму поверхности катания.

Во-вторых, учитывается неизбежное продольное скольжение по рельсу одного из колес каждой колесной пары с кулоновым трением (теория крипа не применима, так как остаточное скольжение колеса по рельсу происходит по всей площадке контакта). Указанное скольжение происходит на той рельсовой нити, где меньше сопротивление этому скольжению. При избытке возвышения сопротивление скольжению по наружному рельсу, равное Рн•fcu+Н•f, меньше, чем по внутреннему, равному Рв•fcu (Рн и Рв — вертикальная нагрузка колесной пары соответственно па наружный и внутренний рельс кривой; fcu и fTp соответственно коэффициент сцепления обода колеса с верхом головки рельса и коэффициент трения гребня о боковую грань головки). Продольное скольжение колес всех колесных пар происходит юзом на наружном рельсе по направлению движения. При этом тяга локомотивами реализуется в основном по внутреннему рельсу, а по наружной нити локомотивные колеса катятся в основном гребнями по боковой изношенной грани головки рельса с отрывом обода от верха головки.

Если же сопротивление скольжению меньше по внутреннему рельсу, т. е. если нет избытка возвышения, то по наружному рельсу кривой продольного скольжения не бывает вследствие перевалки центробежной силой кузовов на скользуны над указанным рельсом и пригруза к нему колес. В этом случае происходит буксование внутренних колес, т. е. скольжение направлено против движения. А тяга локомотивами реализуется на обеих рельсовых нитях. (…)

Источник

Возвышение наружного рельса

Возвышение наружного рельса в кривом участке пути, как его найти. Недостаток и увеличение возвышения наружного рельса, придельное возвышение.

Максимальная скорость движения поезда в кривой зависит от центробежных сил во взаимодействии подвижного состава и пути, которые в свою очередь определяют устойчивость подвижного состава против опрокидывания, поперечную нагрузку на путь, уровень комфорта для пассажиров и сохранность груза.

Первые два критерия непосредственно относятся к безопасности движения поездов, третий и четвертый — к качеству пассажирских и грузовых перевозок.

Для нейтрализации центробежной силы в кривых наружный рельс укладывают с некоторым возвышением относительно внутреннего. Это возвышение обычно измеряется в миллиметрах.

На практике для таких случаев в зависимости от степени компенсации центробежной силы используют понятия достаточного, недостаточного и избыточного возвышения, также выражаемого в миллиметрах.

Для колеи 1520 мм это возвышение(в мм) рассчитывается по формуле:

где: V — скорость движения (км/ч); R — радиус круговой кривой в метрах.

Недостаток возвышения наружного рельса

В силу различий между конструкциями подвижного состава железнодорожного и автомобильного транспорта к последнему предъявляются менее строгие требования, благодаря чему автомобили могут двигаться по шоссе с большей скоростью, чем поезда по параллельной линии, что отрицательно сказывается на конкурентоспособности железнодорожного транспорта.

Для преодоления этих затруднений на ряде железных дорог в последнее время все шире внедряется подвижной состав, в конструкции которого заложена возможность компенсации недостатка возвышения наружного рельса в кривых. Такие поезда известны как состоящие из вагонов с наклоняемыми кузовами.

Концепция этих поездов основана на использовании разницы между предельными величинами указанного недостатка возвышения по комфорту (эта величина равна 150 мм) и по безопасности (эта величина определяется из условий предотвращения опрокидывания вагонов или поперечного смещения пути).

Для сохранения требуемого уровня комфорта кузов принудительно наклоняется внутрь кривой, тем самым давая пассажирам ощущение того, что возвышение наружного рельса больше, чем в действительности.

С применением технологии наклона кузовов вагонов поезда могут в обычной эксплуатации обращаться на линиях с кривыми, имеющими недостаток возвышения наружного рельса до 260 мм (на некоторых железных дорогах в опытном порядке и до 300 мм).

Технология наклона кузовов уже достаточно хорошо известна. Тем не менее следует отметить, что МСЖД недавно подготовил проект документа 518 по приемочным испытаниям поездов, в которых эта технология применена, и в настоящее время готовит документ по параметрам инфраструктуры линий, на которых предполагается пустить такие поезда в обращение.

Необходимо также иметь в виду, что при интенсивной работе систем наклона кузовов, т. е. на линиях с большим числом последовательно расположенных обратных кривых малого радиуса, недостаток возвышения наружного рельса может вызвать у некоторых пассажиров ощущение морской болезни.

Это явление объясняется частым попеременным поворотом кузова в разные стороны относительно продольной оси и особенно заметно при большой амплитуде (большом угле) наклона.

Помимо квазистатических ускорений, обусловленных некомпенсированными центробежными силами, имеют место динамические, обусловленные отклонениями в геометрии пути. При рассмотрении способов повышения уровня комфорта путем устранения причин динамических ускорений можно допустить некоторое увеличение статических.

Поэтому для повышения скорости движения поездов в кривых за счет указанного фактора железные дороги расширяют полигон применения бесстыкового пути, повышают качество подбивки балласта современными путевыми машинами и улучшают демпфирующие характеристики рессорного подвешивания подвижного состава.

Увеличение возвышения

Железные дороги, желающие применить технологию наклона кузовов вагонов, должны приобретать специализированный подвижной состав. Поскольку его цена выше, чем обычного, срок окупаемости может оказаться неприемлемым.

Для повышения скорости движения поездов с использованием обычного подвижного состава целесообразно рассмотреть возможность увеличения возвышения наружного рельса в кривых.

Предельная величина возвышения установлена равной 150 мм. Эта величина остается неизменной в сторону увеличения в течение длительного времени, поскольку необходимо обеспечить устойчивость вагонов поездов, движущихся в данной кривой с низкой скоростью или остановившихся в ней, и комфорт для находящихся в них пассажиров.

На линиях с преимущественным обращением грузовых поездов она может быть ограничена 130 мм. В то же время могут быть исключения.

Так, на железных дорогах Франции, где подход несколько иной, для линий, по которым обращаются обычные или высокоскоростные моторвагонные поезда, верхний предел допустимой величины возвышения поднят до 180 мм.

Поэтому при определении максимального возвышения наружного рельса в кривых необходимо убедиться, хотя бы теоретически, в том, что это не приведет к неблагоприятным последствиям для безопасности движения поездов, прежде всего в отношении схода подвижного состава с рельсов, что особенно важно для вагонов с жесткими рамами, более чувствительных к нарушениям геометрии пути. Естественно, при этом принимаются во внимание и экономические соображения.

Между прямой и следующей за ней круговой кривой устраивают переходную кривую, обычно имеющую форму клотоиды с постепенно уменьшающимся радиусом. В этой переходной кривой возвышение наружного рельса также постепенно увеличивается от нуля до установленной для данной круговой кривой величины.

Темп нарастания возвышения характеризуется постоянным для данной кривой градиентом, величина которого определяет интенсивность так называемого скручивания пути, также подлежащего проверке на устойчивость подвижного состава.

Это значит, что для увеличения возвышения наружного рельса круговой кривой с сохранением обеспечивающего безопасность движения поездов градиента его нарастания в переходной кривой необходимо увеличить длину последней. Однако это не всегда осуществимо, особенно если в пути имеют место следующие одна за другой с небольшими промежутками обратные кривые.

Для преодоления этого затруднения предложено сохранить длину переходных кривых, но отказаться от уменьшения их радиуса пропорционально алгебраической длине, т. е. допустить непостоянство градиента возвышения наружного рельса.

Увеличение возвышения наружного рельса при разных значениях градиента нарастания возвышения в переходной кривой:

зоны 1 и 2 — переходная кривая;

зона 3 — круговая кривая;

g 0 — постоянный градиент возвышения;

Соотношение между направляющей силой Y и нагрузкой от колеса Q является решающим фактором безопасности движения поезда по «скручивающемуся» пути. МСЖД определил критическую величину отношения Y/Q равной 1,2.

Однако в ходе ряда испытаний на железных дорогах Франции установлено, что допустима бóльшая величина этого отношения, в каждом отдельном случае зависящая от угла набегания колес на рельсы или, иначе говоря, от радиуса кривой.

Из этого следует, что для обеспечения безопасности в отношении схода подвижного состава допустимая степень скручивания пути в кривых большого радиуса может быть больше, чем в кривых малого радиуса.

Отсюда вытекает возможность устройства переходной кривой, в которой возвышение наружного рельса постепенно доходит до 180 мм (по крайней мере, в кривых радиусом более 420 м) при сохранении исходной длины данной переходной кривой.

Более того, согласно результатам исследований в кривых радиусом более 1000 м возвышение наружного рельса может быть доведено до 200 мм при условии, что градиент нарастания возвышения не превышает 2 мм/м.

Однако указанные допущения необходимо проверить на практике с точки зрения комфорта для пассажиров, сохранности грузов, а также проблем с укладкой и содержанием пути с меняющимся градиентом нарастания возвышения наружного рельса в переходных кривых.

Источник

Для чего устраивается возвышение наружного рельса в кривых участках пути

При движении подвижного состава в кривых появляются дополнительные поперечные силы – центробежные, направляющие, боковые, рамные. Поэтому РК в кривых пути имеет следующие особенности: уширение колеи при радиусе кривой менее 350 м и укладка контррельсов в необходимых случаях, возвышение наружного рельса, устройство переходных кривых, укладка укороченных рельсов на внутренней нити, увеличение расстояний между смежными путями.

При проходе подвижного состава по кривым возникают центробежные силы, стремящиеся опрокинуть экипаж наружу кривой. Это может произойти лишь в исключительных случаях. Однако центробежная сила неблагоприятно действует на пассажиров, вызывает боковое воздействие на путь, перераспределение вертикальных давлений на рельсы обеих нитей и перегруз наружной нити, что приводит к усиленному боковому износу рельсов и гребней колес. Кроме того, возможны раскантовка рельсов, уширение колеи или поперечный сдвиг рельсошпальной решетки, т. е. расстройство положения пути в плане. Во избежание указанных явлений устраивают возвышение наружной рельсовой нити над внутренней. Возвышение наружного рельса рассчитывается исходя из двух требований: обеспечения одинакового давления колес на наружную и внутреннюю рельсовые нити, а следовательно, одинакового вертикального износа обоих рельсов; обеспечения комфортности езды пассажиров, характеризуемой допускаемым непогашенным центробежным ускорением. По нормам МПС допускаемая величина непогашенного ускорения составляет для пассажирских поездов 0,7 м/с2 (в отдельных случаях с разрешения МПС – 1 м/с2), а для грузовых поездов – +0,3 м/с2. Возвышение наружного рельса устраивается в кривых радиусом 4000 м и менее. В основу расчета положено стремление обеспечить равенство поперечных составляющих центробежной силы и веса экипажа G, т. е. Lcosoc = Gsinа (рис. 6.5). Это достигается изменением угла наклона а расчетной плоскости к горизонту или возвышением наружного рельса.

Рис. 6.5. Положение экипажа в кривой с возвышением наружного рельса.

Величина возвышения (в мм) определяется по формуле: Л= 12,5Vприв2/R, где Vприв – приведенная скорость поездопотока, км/ч; R – радиус кривой, м. Приведенная скорость поездопотока:

(6.16)

где О, – масса поезда данного вида, т брутто; щ – суточное количество поездов каждого вида; Vlcp – средняя скорость движения поездов каждого вида в кривой (по скоростемерным лентам).

Величина возвышения также проверяется из условия комфортности по формуле: hmm = (i2,5Vlaxnac/R-U5, где hmm – минимальное расчетное возвышение наружного рельса, мм; Vmax пас – максимальная допускаемая скорость пассажирского поезда, км/ч; R – радиус кривой, м; 115 – величина допускаемого максимального недовозвышения наружного рельса с учетом нормы непогашенного ускорения 0,7 м/с2. Из полученных по формулам величин возвышения принимается большая и округляется до значения, кратного 5.

Максимальная величина возвышения – 150 мм. Если по расчету получается ббльшая величина, то принимают 150 мм и ограничивают скорость движения в кривой до:

(6.17)

Обычно возвышение наружного рельса устраивают его поднятием путем увеличения толщины балласта под наружной рельсовой нитью. Однако в ряде случаев целесообразно поднять наружную нитку на V₂ расчетного возвышения и на такую же величину опустить внутреннюю нитку. В этом случае улучшается комфортность езды пассажиров и уменьшаются динамические воздействия на путь.

Источник