1.2 Особенности устройства рельсовой колеи в кривых участках

При движении экипажа по кривой появляется центробежная сила, а также дополнительные силы за счет трения гребня колес о рельсы. Для обеспечения наименьшего сопротивления движению поездов, уменьшения износа рельсов и колес в кривых устраивают:

-уширение рельсовой колеи;

-возвышение наружного рельса;

-переходные кривые;

-укладку укороченных рельсов на внутреннюю рельсовую нить.

Правилами технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации (ПТЭ) [3] установлены следующие нормы ширины колеи (таблица 1.2).

Таблица 1.2 – нормы ширины колеи

План линии	Ширина колеи
Прямые и кривые R 350м	1520 мм
R 349…300 м	1530 мм
R 299 м	1535 мм

Допускаются отклонения по уширению +8мм и по сужению -4мм, а на участках, где допустимая скорость менее 50 км/ч 10мм и 4мм соответственно.

Ширина колеи в кривых определяется из условия вписывания тележек подвижного состава (жёсткой базы) в кривые соответствующего радиуса [4]. При определении оптимальной ширины колеи в качестве расчетной схемы принимается схема свободного вписывания (рисунок 1.2).

Рисунок 1.2 – Схема свободного вписывания

Оптимальная ширина колеи

, (1.2)

где – оптимальная ширина колеи; – максимальная ширина колесной пары; – поперечный разбег крайних осей; 4 –допуск на сужение колеи.

Величина стрелы ( определяется по формуле

, (1.3)

где – расстояние от центра вращения до оси первой колесной пары = L; R – радиус кривой; – расстояние от оси первой колесной пары до точки соприкосновения с рельсом, определяемое по формуле

, (1.4)

где r – радиус колеса, – угол наклона рабочей поверхности гребня колеса к горизонту.

Так как минимально допустимая ширина колеи меньше, чем нормативная (1518,5<1520), то для дальнейших расчетов принимается нормативная ширина колеи.

1.3 Расчет возвышения наружного рельса в кривом участке пути

Перемещение экипажа в кривой подразделяется на две составляющих: поступательное движение и вращательное движение. При непрерывном повороте экипажа в кривой возникает центробежная сила , направленная в сторону от центра кривой (рисунок 1.3) и определяется по формуле

(1.5)

где – масса экипажа; – скорость движения; – радиус кривой.

Рисунок 1.3 – Расчетная схема для определения возвышения наружного рельса в кривой

Центробежные силы создают перегрузку наружного рельса, который будет вызывать ускоренный износ.

При возвышении наружного рельса возникают горизонтальная составляющая силы веса экипажа T, определяемая по формуле

, (1.6)

где – ускорение силы тяжести; h – возвышение наружного рельса; – расстояние между осями нитей.

Разница между силами составит

, (1.7)

а выражение в скобках носит название непогашенного поперечного ускорения

. (1.8)

Минимум поперечного воздействия на пусть в кривой от всех экипажей будет при выполнении условия

. (1.9)

Требование 1.9 выполняется при , что позволяет определить возвышение наружного рельса по формуле

, (1.10)

где – приведенная скорость поездопотока км/ч, – суточное число поездов i-го вида, – масса поезда, – средняя скорость.

Для участков железнодорожного пути с преимущественным грузовым движением поездов при отсутствии достаточной информации можно считать, что приведенная скорость примерно равна 80% от максимальной грузовой, то есть

, (1.11)

.

.

В настоящее время допускают непогашение центробежных ускорений вследствие существующего разрыва в скоростях движений грузовых и пассажирских поездов. Это позволяет получить вторую формулу для возвышения наружного рельса при [5]

, (1.12)

где – максимальная допускаемая скорость пассажирских поездов в кривой радиуса R, км/ч; 115 – величина допускаемого максимального недовозвышения наружного рельса, рассчитанная из условия непревышения установленной нормы непогашенного ускорения для пассажирских поездов (0,7 м/ ).

.

Для фактических скоростей движения грузовых поездов непогашенное ускорение ограничивают величиной [3]. В случае величина возвышения наружного рельса определяется по формуле

, (1.13)

где – максимальная допускаемая скорость грузовых поездов в кривой радиуса R; 50 – величина допускаемого недовозвышения наружного рельса, рассчитанная из условия непревышение установленной нормы непогашенного ускорения для грузовых поездов (0,3 ).

.

Из полученных значений возвышения наружного рельса принимают наибольшее с округлением кратным 5 в большую сторону со сравнением с максимальным допускаемым возвышением при

проектировании h=80 мм.