Верхнее строение пути

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Верхнее строение железнодорожного пути

Верхнее строение пути — часть железнодорожного пути, предназначенная для принятия нагрузок от колёс подвижного состава и передачи их на Нижнее строение пути, а также для направления движения колёс по рельсовой колее.

Составные части[править | править код]

К верхнему строению пути относятся:

  • Рельсы — воспринимают нагрузку от подвижного состава и передают её на шпалы;
  • Подрельсовое основание (шпалы, брусья, блоки) — воспринимают нагрузку от рельсов и передают её на балластный слой;
  • Скрепления (промежуточные, стыковые);
  • Стыковые скрепления;

Комплект железнодорожных рельсов, уже соединённых со шпалами, вместе со всеми скреплениями, собранные в звенья и уложенные на нижнее строение пути, принято называть рельсошпальной решёткой.

  • Балластный слой — воспринимает нагрузку от шпал и передаёт её на основную площадку;
  • Песчаная подушка.
  • Дополнительные устройства (противоугоны, контррельсы, отбойные брусья и прочее).

Контакт колесо-рельс[править | править код]

Y, Q — соответственно поперечная и вертикальная силы в контакте колесо — рельс; 1 — верхнее строение пути; 2 — нижнее строение пути (гидравлически связанный несущий слой, защитный слой);

Верхнее строение пути предназначено для восприятия вертикальных и горизонтальных, статических и динамических сил, возбуждаемых подвижным составом, и дальнейшей передачи их через нижнее строение пути на грунт . Взаимодействие колеса с рельсом и сложная геометрия области их контакта (площадь контакта составляет 1 см2 и менее) являются решающими факторами для поведения подвижного состава при движении, плавности хода, интенсивности износа и безопасности движения.

Для надежного направления подвижного состава в колее и оптимизации плавности хода, а также для обеспечения приемлемого уровня износа колесо и рельс должны иметь согласованную форму профиля.

Согласно действующим инструкциям колесные пары должны обладать такими свойствами, чтобы в определенных случаях обеспечивалось прохождение кривых радиусом 150 м. Так называемый изношенный профиль колес считается оптимальным.

Для обеспечения комфортности поездки подвижной состав должен иметь плавный ход и согласованное с его конструкцией рессорное подвешивание кузова. Упругость верхнего строения пути, эквивалентная конусность колес и разбег колесной пары в колее также должны учитываться при оценке эффективности системы колесо — рельс. На базе новых исследований и в рамках планов в области общеевропейской мобильности разработаны соответствующие предписания для высокоскоростного движения.






Вычисление контакта колесо-рельс[править | править код]

Мероприятия по снижению износа бандажей колесных пар

На износостойкость пары “колесо – рельс” по данным схемы справа влияют: твердость материала бандажей, рельс, содержание углерода, структура металлов и содержание серы. Твердость металла является одним из наиболее существенных факторов влияющих на износ колес подвижного состава. Внедрение за последнее десятилетие термической обработки рельсов и придание им твердости 360 НВ несомненно сыграло важную роль в улучшении работы железных дорог. Однако с изменением твердости рельс мер по повышению твердости бандажей предпринято не было. В результате отношение твердостей стали колеса и рельса оказалось равным 0,75, это существенно изменило характер износа в паре “колесо – рельс”. В исследованиях ВНИИЖТа [4], [5] 1960 – 1990х годов отмечалось, что для равной износостойкости отношение твердости колесного образца к твердости рельсового образца должно быть порядка 1,2 при проскальзывании до 1%, а при проскальзывании до 10% – 1,0 – 1,1.

Таким образом, установление оптимальной твердости поверхности катания колеса представляет собой сложную задачу, решение которой должно осуществляться системно с учетом, различных параметров, а величина твердости поверхности катания колес на сегодняшнее время ограничена величиной .

Задача контакта качения двух упругих тел, имеющих одинаковые характеристики упругости, как это имеет место для колеса и рельса, может быть представлена раздельно в виде нормальной и тангенциальной задач. Цель первой задачи состоит в определении размера и формы площадки контакта, а также распределения нормальных контактных напряжений. Результаты решения нормальной задачи используются для нахождения решения тангенциальной, заключающейся в нахождении распределения касательных напряжений и момента в зонах сцепления и проскальзывания контактной площадки.

Г. Герц дал первое надежное математическое решение нормальной задачи, которая формулируется следующим образом. Два ненагруженных тела (поверхности катания колеса и рельса) касаются в одной точке. Расстояние между недеформированными телами может быть найдено геометрически, если известны радиусы кривизны тел в точке контакта. Упругие свойства колеса и рельса, описываемые коэффициентом Пуассона V и модулем упругости Е, считаются одинаковыми. Если тела нагружены нормальной силой F, появляется зона контакта эллиптической формы с большой полуосью в направлении продольной оси рельса




Литература[править | править код]

Ссылки[править | править код]