Лекция 9. Расчеты при выполнении работ по принудительному вводу рельсовых плетей в требуемый интервал температур

Работы по введению плетей в расчетный температурный интервал с использованием гидравлического натяжного устройства (ГНУ) типа ТН-70, СНП-80-500 или других выполняются при температуре рельсов ниже расчетной температуры закрепления.

Перед началом работы должны быть выполнены расчеты по определению изменений длин плети ΔL и прилагаемого растягивающего усилия P, необходимого для удлинения плети (или полуплети). Удлинение плети ΔL определяется по формуле:

ΔL = L (t_з-t_у) α, (9.1)

где L – длина плети, м;

t_з – расчетная температура рельсов при закреплении плети на постоянный режим работы (устанавливается дистанцией пути в зависимости от ее региональности, в соответствии с Техническими указаниями по устройству, укладке, содержанию и ремонту бесстыкового пути), ºС;

t_у – температура рельсовой плети в момент ее первоначальной укладки, ºС;

α=0,0000118 – коэффициент температурного расширения рельсовой стали.

А растягивающее усилие определяется по формуле:

P = α E F Δt, (9.2)

где E – модуль упругости рельсовой стали (E=2,1·10⁷ Н/см²);

F – площадь поперечного сечения рельса типа Р65 (F=82,65 см²);

Δt – разница между ожидаемой на время «окна» и расчетной температурой плети при закреплении ее на постоянный режим работы.

Для обеспечения неподвижности уравнительных рельсов с обеих сторон от удлиняемой плети должны находиться анкерные участки. Рельсовые стыки, расположенные в пределах анкерных участков и прилегающие к ним, должны обеспечивать нормативное стыковое сопротивление продольному перемещению рельсов R (для рельсов типа Р65 R=400кН), что достигается затяжкой гаек стыковых болтов крутящим моментом, равным 600 кН·м.

Длина анкерного участка, м, со стороны «подвижного» конца плети определяется по формуле:

λ₁ = P / r, (9.3)

где r=25 кН/м – погонное сопротивление рельсов продольному перемещению.

Для обеспечения значения r=25 кН/м необходимо, чтобы гайки клеммных и закладных болтов на уравнительных рельсах со стороны подвижного конца рельсовой плети (в месте установки ГНУ) на длине анкерного участка имели усиленную затяжку (М=220÷240 Н·м).

Длина и место расположения анкерного участка со стороны неподвижного конца рельсовой плети определяется исходя из следующих условий:

1) если P_Rн=400 кН, то гайки клеммных и закладных болтов подтягиваются на уравнительных рельсах со стороны неподвижного конца плети до значения М=220 Н·м на длине

λ₂ = Р t_р / r, м; (9.4)

2) если Р≥R_н=400 кН, то закрепляется неподвижный конец самой рельсовой плети (М=220 Н·м) на длине

λ₃ = (P - R_н) / r+1, (9.5)

и прилегающие к нему уравнительные рельсы на длине

λ₂ = P / r - λ₃. (9.6)

Для контроля равномерности удлинения плети на подошву рельса в створе с краем подкладки через каждые 50 м наносят риски, расчетное перемещение которых

Δ a _I = α a _I Δ t, (9.7)

где а_i – расстояние от неподвижного конца плети до i-й риски (50,100, 150 м и т.д.).

В подготовительный период выполняют следующие работы:

- определяют расчетное удлинение плети ΔL и в соответствии с ним заготавливают укороченный уравнительный рельс (рельсы);

- завозят укороченный уравнительный рельс на место работ;

- производят регулировку зазоров соответственно температуре рельсов;

- исходя из ожидаемой температуры рельсов в день «окна» вычисляют по формулам (2) – (7) остальные необходимые параметры.

В день производства работ до «окна»:

- закрепляют анкерный участок со стороны неподвижного конца плети;

- наносят риски через 50 м;

- после ограничения скорости до 25 км/ч на каждой 15-й шпале устанавливают подвесные ролики (рис. 9.1).

Рис. 9.1. Подвесные ролики для разрядки напряжений в плетях без перерыва движения поездов: 1 – ось ролика; 2 – железобетонная шпала; 3 – коромысло; 4 – дополнительная двухвитковая шайба; 5 – гайка; 6 – клеммный болт; 7 – трубка ролика; 8 - рельс

В «окно»:

- заменяют уравнительный рельс со стороны удлиняемого конца плети на укороченный, закрепляют анкерный участок;

- ослабляют гайки клеммных болтов, вывешивают плеть и встряхивают ее ударами деревянных кувалд. Полноту разрядки оценивают по общему укорочению плети

Δ l = L (t _у – t _p) α, где t _p – температура рельсов в данный момент. Равномерность разрядки оценивают по смещению рисок, которое определяется по формуле:

_I = α a _I (t _y – t _p ), где а _i – расстояние от неподвижного конца плети до i-й риски (50, 100, 150 м).

- монтируют ГНУ;

- наносят новые риски на подошве рельса через каждые 50 м на расстоянии от края подкладок, определяемому по формуле (9.7);

- производят растяжение плети. В процессе растяжения плети при необходимости (особенно в кривых участках) ее встряхивают ударами деревянных кувалд или механическими вибраторами. Когда зазор между плетью и укороченным рельсом сократится до необходимого значения, растяжение прекращают. Правильность выполнения работ контролируется по трем критериям: полному расчетному удлинению плети; соответствию расчетного усилия Р [формула 9.2] приложенному (по отсчету на приборе); расчетному смещению каждой из рисок (риски должны совпадать с краями подкладок);

- перед демонтажем ГНУ закрепляют на шпалах «подвижный» конец плети (М=220 Н · м) на длине λ₄ = P / r;

- ставят накладки и сболчивают стык между плетью и укороченным рельсом;

- закрепляют плеть на каждой шестой шпале и открывают движение поездов со скоростью 25 км/ч;

- после окончательного закрепления плети на всех шпалах отменяют предупреждение об уменьшении скорости движения поездов.

Пример расчета параметров для принудительного ввода плетей в расчетный интервал температур. Исходные данные: плеть длиной L=800 м; рельсы типа Р65; температура рельсов в момент первоначальной укладки плети t_y = +5 ºC; ожидаемая температура рельсов на день «окна» t_p = -3 ºС; расчетный температурный интервал закрепления – от +18 до +25ºС, принимаем t_з = +25 ºС; Δt = 22-(-3) = 25 ºС.

Используя формулы (9.1) – (9.7), выполним следующие вычисления.

1. Изменение длины плети при введение ее в расчетный интервал закрепления (рис. 9.2)

ΔL = L(t _з – t _y ) α = 800(22-5)0,0000118 = 0,160 м = 160 мм.

2. Усилие, необходимое для удлинения плети

Р = α E F Δ t = 11,8·10^-6 ·2,1·10⁷·82,65·25 = 512 кН.

Рис. 9.2. Схематическое изображение расчетных параметров при принудительном (с применением гидравлических натяжных устройств) вводе рельсовых плетей в расчетный температурный интервал

3. Укорочение плети после ее раскрепления

Δl = L(t _y – t _p) α = 800[5-(-3)]11,8·10^-6 = 0,076 м = 76 мм.

4. Смещение рисок при укорочении плети после ее раскрепления: первая риска через 50 м от неподвижного конца плети

Δl₁ = α a₁(t _y – t _p) = 11,8·10^-650[5-(-3)] = 0,0047 м = 4,7 мм;

вторая риска

Δl₂ = 11,8·10^-6·100·8 = 0,0094 м = 9,4 мм;

третья риска

Δl₃ = 11,8·10^-6·150·8 = 0,0141 м = 14,1 мм.

5. Размеры анкерных участков:

со стороны подвижного конца плети

λ₁ = P/r = 512/25 = 20,5 м;

со стороны неподвижного конца плети: так как P>R_н, следовательно

λ₃ = (P-R_н)/r+1 = (512-400)/25+1 = 5,5 м;

λ₂ = P/r-λ₃ = 512/25-5,5 = 15 м;

подвижный конец плети после удлинения, требующий срочного закрепления

λ₄ = P/r = 512/25 = 20,5 м.

6. Смещение рисок при принудительном растяжении плети:

первая риска через 50 м от неподвижного конца плети

Δа₁ = αа₁Δt = 11,8·10^-6·50·25 = 14,7 мм;

вторая риска

Δа₂ = 11,8·10^-6·100·25 = 29,5 мм;

третья риска

Δа₃ = 11,8·10^-6·150·25 = 44,3 мм и т.д.