Методика определения возвышения наружного рельса в кривых

Настоящая методика предназначена для расчета возвышения наружного рельса в кривых участках пути на железнодорожных путях со скоростями движения пассажирских поездов до 140 км/ч, грузовых – 90 км/ч включительно. Порядок установления возвышения на скоростных линиях определяется отдельным указанием.

Возвышение наружного рельса определяется, исходя из условий минимизации воздействия на путь грузовых поездов при обеспечении максимальных скоростей пассажирских для данных условий. Используемые при расчетах скорости не должны превышать допустимых по условиям безопасности движения поездов в соответствии с действующим приказом МПС России «Нормы допускаемых скоростей движения подвижного состава по железнодорожным путям колеи 1520 (1524) мм» /51/.

Допускаемые скорости движения поездов в кривой и соответствующее им возвышение разрабатываются службой пути и устанавливаются приказом начальника железной дороги.

Возвышение наружного рельса устраивается в кривых радиусом 4000 м и менее. Согласно инструкции по текущему содержанию железнодорожного пути ЦП-774 от 01.07.2000 г. /52/ возвышение с учетом допусков не должно превышать 150 мм.

На станционных путях возвышение устанавливается в соответствии с Инструкцией по текущему содержанию пути.

Возвышение наружного рельса в кривых пересчитывается в случаях:

– разработки проектов реконструкции, капитального и среднего ремонта пути;

– увеличения установленных скоростей движения;

– введения постоянных ограничений скорости;

– снятия ограничений скорости движения.

Изменение величины возвышения производится в ходе плановых ремонтных работ согласно утвержденной проектной документации.

По условиям обеспечения безопасности движения поездов номинальное значение максимального поперечного непогашенного ускорения, направленного наружу кривой (а_н), не должно превышать 0,7 м/с² на уровне буксы подвижного состава.

Непогашенное поперечное ускорение, как известно, определяется по формуле:

, (8.1)

где V – скорость движения; R – радиус кривой, м; g – ускорение силы тяжести; h – возвышение наружного рельса; S₀ – расстояние между осями рельсовых нитей (в расчетах обычно принимают S₀=1,6 м).

При подставке в формулу (8.1) V в км/ч и h в мм она примет вид:

, (8.2)

Величина возвышения наружного рельса, обеспечивающая соблюдение этого условия для самого скорого поезда, определяется по формуле:

(8.3)

В обычной практике по этой формуле определяется возвышение для самого скорого пассажирского поезда при скорости V_{max п}.

Для ряда типов пассажирского подвижного состава с улучшенными динамическими качествами величина а_н может быть с разрешения федерального органа исполнительной власти в области железнодорожного транспорта допущена в отдельных кривых, находящихся в стесненных условиях, до 1 м/с². В этом случае величина возвышения наружного рельса может быть определена по формуле

(8.4)

По технико-экономическим показателям для сохранения приемлемого уровня расстройств и износов верхнего строения пути грузовые поезда должны следовать по кривым со скоростями, соответствующими диапазону непогашенных ускорений ±0,3 м/с².

Величина возвышения, соответствующая непогашенному ускорению +0,3 м/с² определяется по формуле:

,

(8.5)

Возвышение наружного рельса кроме формулы (8.5) рассчитывают из условия одинакового вертикального воздействия колес подвижного состава на наружный и внутренний рельсы кривой. При этом предполагается, что средневзвешенная величина α_н = 0 в формуле (8.2).

В этом случае

, (8.6)

где V_ср – средневзвешенная скорость потока поездов по данной кривой радиуса R. Так как получить реальные данные о поездопотоке путейцам и особенно проектным организациям затруднительно, часто используют приближенные данные V_ср = 0,8 V_{max г}. Тогда формула (8.6) будет иметь вид

, (8.7)

Из полученных по формулам (8.3), (8.5) и (8.7) величин возвышения принимается большее и округляется до значения, кратного 5 в большую сторону.

Минимальная величина возвышения в кривых (кроме закрестовинных и на стрелочных переводах) должна быть не менее 15 мм.

При производстве работ по устройству возвышения рекомендуется полученную расчетом величину увеличивать на 5 мм с учетом последующих осадок наружной нити пути.

Расчетное значение радиуса кривой нужно откорректировать с учетом норм и допусков при текущем содержании колеи.

Отступления от номинальных значений колеи в плане ЦП-774 /52/ определяются разностью смежных стрел, измеренных от середины хорды длиной 20 м. В диапазоне скоростей движения пассажирских поездов 81-140 км/ч и грузовых в диапазоне 71-90 км/ч эти отступления ограничиваются величиной 10 мм.

Как известно, стрела f между дугой и хордой длиной 2λ = 20 м определяется по формуле f = λ²/2R и f = f_н+Δf. Здесь f и R – фактические значения стрелы и радиуса кривой, Δf – отступление от номинального значения стрелы f_н. Из этих выражений определяется фактическое значение радиуса кривой R через номинальное R_н.

. (8.8)

Согласно ЦПТ-53 /53/ в ходе приемки работ после ремонта пути отклонение фактического среднего радиуса круговой кривой не должно превышать 8% при скоростях движения поездов 100-140 км/ч и 10% при скоростях менее 100 км/ч.

Следовательно нормативный радиус из паспорта кривой при расчете возвышения наружного рельса нужно уменьшить на эти величины.

Если величина превышает 150 мм, то в кривой завышена максимальная установленная скорость движения и не соблюдается ограничение по непогашенному ускорению.

Если превышает 150 мм, то нужно принять согласно /53/ h_у =140 мм и ограничить допускаемые скорости движения пассажирских и грузовых поездов по формулам /54/:

;

(8.9)

.

(8.10)

с округлением в меньшую сторону до величины, кратной 5 км/ч.

Если на участке указанной протяженности встречаются кривые с разными величинами возможной максимальной скорости, то необходимо установить по ним одинаковую скорость и после этого рассчитать новые значения возвышений наружного рельса. При этом следует проверить соблюдение нормативов допускаемых непогашенных ускорений во всех кривых.

Для многорадиусных кривых расчет величины возвышения проводится, начиная с кривой минимального радиуса. При этом сначала следует уточнить длину участка с минимальным радиусом (при близких значения стрел изгиба). Если длина этого участка меньше 50 м и он появился в результате плохого содержания кривой по направлению в плане, производится расчет и выправка кривой и только после уточнения минимального радиуса определяется возвышение.

При этом длины переходных кривых устанавливаются из условий отвода возвышения (разницы возвышений), скорости нарастания поперечного непогашенного ускорения и скорости подъема колеса по отводу для соответствующей максимальной скорости движения.

Если при этом разница между расчетными возвышениями на отдельных участках составной кривой менее 20 мм, в границах всей кривой может устанавливаться одинаковое возвышение, обеспечивающее соблюдение норм допускаемых непогашенных ускорений на всем ее протяжении. При большей разнице, расчет возвышения ведется отдельно для каждого радиуса кривой с устройством переходных кривых и соответствующих отводов возвышения.