Навчальний посібник для студентів ІV курсу спеціальності 100502 "Залізничні споруди та колійне господарство"



Сторінка1/10
Дата конвертації22.04.2017
Розмір1.39 Mb.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10





Української державної академії

залізничного транспорту
Кафедра „Будівництво і експлуатація

колії та споруд”

В.І. Білий

ЗАЛІЗНИЧНА колія

Навчальний посібник
для студентів ІV курсу

спеціальності 7.100502

"Залізничні споруди та колійне господарство"


Донецьк – 2007

Навчальний посібник розглянуто і рекомендовано до друку на засіданні кафедри "Будівництво і експлуатація колії та споруд" 16 червня 2007 р. , протокол № 11.


Розглянуто на засіданні методичної комісії факультету "Інфраструктура залізничного транспорту". Протокол № 5 від 26.06.2007 р.

Укладач:
доцент Білий В.І. (ДонІЗТ)

Рецензенти:
Начальник служби

колійного господарства Козар І.В.

(Донецька залізниця)
доцент Жадан Г.І. (ДонІЗТ)

ЗМІСТ


ВСТУП 5

1 Устрій верхньої будови колії 6

1.1 Рейки 6

1.2 Рейкові скріплення 18

1.2.1 Проміжні скріплення 18

1.2.2 Стики і стикові рейкові скріплення 37

1.2.3 Особливості улаштування рейкової колії на ділянках з автоблокуванням та електричною тягою поїздів 40

1.3 Рейкові опори 44

1.4 Баластний шар 52

1.5 Безстикова колія 60

1.6 З’єднання та перехрещення рейкових колій 64

2 Рейкова колія 87

2.1 Норми утримання рейкової колії на прямих ділянках 87

2.2 Рейкова колія у кривих ділянках колії 88

2.2.1 Уширення рейкової колії 88

2.2.2 Підвищення зовнішньої рейки у кривих ділянках 90

2.2.3 Перехідні криві 97

2.2.4 Укладка укорочених рейок у кривих ділянках колії 103

2.2.5 Міжколійні відстані 105

2.2.6 Підсилення конструкції колії у кривих ділянках 110

2.3 Проектування і розрахунки рейкової колії 111

2.3.1 Основні відомості про ходові частини рухомого складу 111

2.3.2 Основні поняття про вписування рухомого складу в криві ділянки 114

2.3.3 Визначення ширини колії 119

2.3.4 Розрахунок основних елементів для розбивки перехідної кривої 126

2.4 Умови роботи залізничної колії під поїздами 134

3 Габарити 142

4 Організація снігоборотьби на залізниці 149

4.1 Загальні положення 149

4.2 Організація снігоборотьби 152

4.3 Оперативний план снігоборотьби 157

4.4 Технологія очищення колій і прибираня снігу на станції 158

Додаток А. Розрахунки кутів 160

Додаток Б. Лубрикація рейок 161

Додаток В. Приклади застосування габаритів 162


ВСТУП
Колійне господарство є важливою частиною залізничного транспорту.

На колійне господарство припадає:

а) більше 50% (п’ятдесяти відсотків) основних засобів залізничного транспорту;

б) більше 20% (двадцяти відсотків) загальної кількості працівників залізничного транспорту;

в) експлуатаційні витрати на підтримування колії в справному стані складають більше 22% (двадцяти двох відсотків) загальної вартості перевезень вантажів та пасажирів.
До колійного господарства відносяться:


  1. Власне залізнична колія, яка складається із:

  1. Господарчі підприємства та виробничі формування, які забезпечують поточне утримання і ремонт колії.

Для чого вони оснащені потрібними машинами, механізмами та інструментом. На Донецькій залізниці функціонують:

а) ПЧ – дистанції колії – 22 (двадцять дві);

б) КМС – колійні машинні станції – 7 (сім);

в) ПЧЛ – дистанції захисних насаджень – 5 (п’ять);

г) КДМ – колійні дорожні майстерні – 1 (одна);

д) РЗП – рейкозварювальний поїзд – 1 (один);

е) РПЗ – щебеневі заводи – 2 (два), але з січня 2007р. передані Управлінню промислових підприємств Укрзалізниці;

ж) ШРМ – шпалоремонтні майстерні – 2 (дві):

1 – Дебальцеве;

2 – Красний Лиман;

з) ДонЦМКР – Донецький центр механізації колійних робіт – 1 (один).

Крім того існують ПШ – шпалопросочувальні заводи. На Донецькій залізниці їх немає.


1 Устрій верхньої будови колії
Залізнична колія – це один із технічних засобів залізничного транспорту. Вона складається із верхньої та нижньої будови колії.

До верхньої будови колії відносяться:



  1. рейки;

  2. рейкові скріплення;

  3. протиугінні засоби;

  4. підрейкова основа;

  5. баластовий шар;

  6. з’єднання і пересічення рейкових колій.

Призначення:

Верхня будова колії повинна:

а) сприймати тиск від коліс рухомого складу і передавати цей тиск нижній будові колії;

б) направляти колеса рухомого складу рейковою колією.

Ці функції виконуються верхньою будовою колії як єдиною конструкцією, в який всі елементи під навантаженням рухомого складу повинні працювати сумісно.

До нижньої будови колії відносяться:

а) земляне полотно;

б) штучні споруди (мости, труби, тунелі, підпірні стінки, тощо).


1.1 Рейки
Призначення:

а) безпосередньо сприймати тиск від коліс рухомого складу і передавати цей тиск елементам верхньої будови колії, що знаходяться нижче підрейкової основи – шпалам та баласту;

б) направляти колеса рухомого складу підчас руху;

в) на ділянках з автоблокуванням служити провідником сигнального струму автоблокування, а при електричній тязі поїздів – зворотного силового струму.



Вимоги, що пред’являються до рейок.

Вимоги, котрим повинні задовольняти рейки, є винятково важливими, необхідними, а разом з тим суперечливими.



  1. Для забезпечення безпеки руху поїздів, що мають великі осьові навантаження з максимальними швидкостями, рейки повинні бути важкими, а за умов економії металу ці ж рейки повинні мати раціоналізовану, а за можливістю найменшу вагу – бути легкими.

  2. Для кращого опору вигину під поїзним навантаженням рейки повинні бути достатньо жорсткими. У той же час для уникнення жорстких ударів коліс по рейках, що можуть викликати злам окремих деталей рухомого складу і рейок, необхідно, щоб рейки були достатньо гнучкими.

  3. Матеріал рейок повинен бути достатньо в’язким, щоб не було зломів від ударно-динамічних дій коліс рухомого складу. І в той же час матеріал рейок повинен бути достатньо твердим, щоб він не зминався, не стирався та довше послугував.

  4. Поверхня кочення рейок повинна бути шершавою для забезпечення достатньої сили зчеплення між рейками та рухомими колесами локомотивів. В той же час поверхня кочення рейок повинна бути гладкою для зменшення опору руху інших коліс вагонів та коліс локомотивів, що їх підтримують.

  5. Кількість типів рейок за умов стандартизації елементів верхньої будови колії, що призводять до простоти та здешевлення їх утримання, повинна бути мінімальною, але розумною.

У всіх випадках рейки повинні бути достатньо міцними та довговічними, мати високу контактно-втомливу міцність.
Матеріал рейок.

Якість рейкової сталі визначається хімічним складом, а також мікроструктурою і макроструктурою будови, які видно, відповідно, під мікроскопом або неозброєним оком.

Хімічний склад рейкової сталі характеризується добавками до заліза, основними з яких є:


  • вуглець;

  • марганець;

  • кремній;

  • миш’як;

  • ванадій;

  • титан;

  • цирконій та ін.

Вихідним матеріалом для виплавки сталі є чавун та сталевий лом – у мартенівському процесі і чавун – при киснево-конверторному способі. Утримання вуглецю у сталі повинно бути в межах 0,71-0,82 % (відсотка). Це установлена межа, збільшення в сталі вуглецю понад яку збільшує хрупкість сталі.

Марганець (Mn) збільшує твердість, зносостійкість.

Фосфор та сірка є шкідливими домішками, що надають сталі ломкості. При великому вмісті фосфору рейки стають холодноламкими, тобто крихкими. При великому вмісті сірки рейки стають червоноламкими, тобто у них виникають тріщини внаслідок прокату.

Сталь для рейок Р75 (сімдесят п’ять), та Р65 (шістдесят п’ять) виплавляється як у мартенівських печах, так і киснево-конверторним методом.



Мартенівську сталь варять у печах місткістю 180-500 (сто вісімдесят – п’ятсот) тонн протягом кількох годин.

Киснево-конверторну сталь варять у конверторах місткістю 100-300 (сто – триста) тонн на протязі всього кількох десятків хвилин. Киснево-конверторна сталь має більше шкідливих домішок.

Приготовлену сталь розливають у форми, у яких вона застигає у вигляді злитків вагою від 7,3 (сім і трьох десятих) тонн до 9,9 (дев’ять і дев’ять) тонн. Злитки до прокату розміщають у нагрівних колодязях для підігріву до потрібної температури.

Розігрітий злиток сталі оброблюють на блюмінгу, надаючи йому форму болванки прямокутного січення названого блюмсом. Блюмс передається у рейкопрокатний стан в якому він проходить через валки із струмка в струмок. При цьому він витягується в довжину і поступово змінює форму, приймаючи форму рейок заданих розмірів. Одержану таким чином смугу розрізають на рейки стандартної довжини. Потім виправляють окремі скривлення та висвердлюють болтові отвори.

Державний стандарт 24182-80 передбачав поділ рейок на 2 (дві) групи.



Перша група виготовляється із спокійної мартенівської сталі, розкисленої комплексними розкислювачами, за винятком алюмінію.

Друга група виробляється із сталі розкисленої алюмінієм чи марганцево-алюмінієвим сплавом.

На Україні в 2005 р. введений національний стандарт України ДСТУ 4344:2004 ”Рейки звичайні для залізниць широкої колії. Загальні технічні умови", який передбачає також, що рейки виготовляються із мартенівської вуглецевої та вуглецевої мікролегованої сталі. У зв’язку з цим металурги розділили якість рейкового металу на чотири категорії: вищу |В|, I, II і ІІІ. При цьому спосіб виробництва сталі залишився без змін.

У процесі варіння сталі відбувається деяке окислення заліза. Для його відновлення в сталь додають алюміній. Але з’єднуючись з киснем, алюміній утворює неметалеві включення, які забруднюють сталь та зменшують стійкість рейок проти виникнення тріщин.

Кращими розкислювачами є комплексні феросплави, які включають кремній і ванадій або магній і титан. Застосування цих розкислювачів збільшує стійкість рейок проти виникнення тріщин контактно-втомленого характеру на 20-25 (двадцять – двадцять п’ять) відсотків.

Рейки постачаються нетермообробленими і термообробленими. Термічна обробка при виробництві рейок може бути здійснена різними способами:

а) об’ємним загартуванням в маслі по всій довжині і всьому периметру;

б) поверхневим загартуванням головки рейки по всій довжині водоповітряною сумішшю після нагрівання струмом високої частоти;

в) поверхневим загартуванням головки рейки водою після пічного нагрівання.

Загартовані і незагартовані рейки, що постачаються дорогам випускаються 1-го і 2-го сортів, залежно від якості продукції.

Причому рейки першого сорту виготовляються І або ІІ групи, що залежить від технологічних особливостей виплавляння сталі.

Загартовані рейки, крім того, поділяються на 2 класи. Рейки 1 класу повністю відповідають технічним вимогам, мають твердість поверхні кочення головки в межах НВ 341–388. Рейки 2 класу мають дещо знижені механічні характеристики поверхні кочення.

Рейки 1го сорту цілком задовольняють вимогам стандарту. До 2го сорту відносяться рейки, що мають відхилення за хімічним складом, геометричними розмірами, технологічними дефектами і знижені механічні властивості.


Геометричні параметри рейок.

Профіль рейок визначений їх взаємодією з колесом рухомого складу і конструктивним оформленням елементів верхньої будови колії. Загальний характер профілю рейок визначається тим, що кращою формою балки, яка працює на вигин є двотавр. Верхній полиці двотавра придана форма головки.

Рейки у поперечному профілі мають плавні контури для запобігання концентрації напружень. Рейка складається з 3х (трьох) основних частин: головки, підошви та шийки, яка з’єднує головку з підошвою рейки.

Основними розмірами рейок є: висота головки, шийки, підошви та загальна висота, а також ширина головки і підошви. Геометричні розміри рейок типів Р65, UIС60, Р50 показані на рис. 1.1-1.3.
Довжина рейок.

Стандартна довжина рейок є 12,5 (дванадцять з половиною) метрів та 25 (двадцять п’ять) метрів.

Крім рейок стандартної довжини, для укладання в кривих ділянках колії застосовуються укорочені рейки.

При довжині рейок 1=12,5 метрів стандартне укорочення рейок Δ1=40, 80, 120 міліметрів.

При цьому рейки зі стандартним укороченням матимуть таку довжину: 1=12,46; 1=12,42; 1=12,38 (дванадцять і сорок шість сотих, дванадцять і сорок дві сотих, дванадцять і тридцять вісім сотих) метрів.

При довжині рейок 1=25 метрів стандартне укорочення рейок Δ1=80, або Δ1=160 (вісімдесят або сто шістдесят) міліметрів. Стандартна довжина укорочених рейок: 1=24,92 або 1=24,84 (двадцять чотири і дев’яносто дві сотих, або двадцять чотири і вісімдесят чотири сотих) метра.



Рисунок 1.1 – Поперечний профіль рейки типу Р65



Рисунок 1.2 – Поперечний профіль рейки типу UІС 60



Рисунок 1.3 – Поперечний профіль рейки типу Р50



Маса рейок визначається в залежності від:

  • вантажонапруженості лінії (Г);

  • швидкості руху поїздів (V);

  • осьового навантаження (Р).

Чим більше ці показники, тим більшою повинна бути маса рейок, тим менші експлуатаційні витрати.

Вага рейок та їх типи.

Основною характеристикою, яка дає загальне уявлення про потужності рейок, є їх вага, виражена в кілограмах на 1 (один) погонний метр.

Існують такі типи рейок: Р50 (п’ятдесят), Р65 (шістдесят п’ять), Р75 (сімдесят п’ять).

Р50 – це рейка, 1 метр якої важить п’ятдесят кілограмів;

Р65 – це рейка, 1 метр якої важить шістдесят п’ять кілограмів;

Р75 – це рейка, 1 метр якої важить сімдесят п’ять кілограмів.

Це приблизно:


  • для Р50 – 51,67 (п’ятдесят один і шістдесят сім сотих) кілограма;

  • для Р65 – 64,72 (шістдесят чотири і сімдесят дві сотих) кілограма;

  • для Р75 – 74,41 (сімдесят чотири і сорок одна сота) кілограма.

В останні роки на залізницях України почали використовувати рейки UIC 60, у яких вага 1 пог. м. 60 кг.

Із збільшенням ваги рейок збільшуються розміри їх поперечного перерізу. При цьому зменшується їх пружний прогин і росте їх жорсткість, як балки, яка працює на вигин. Разом із зменшенням пружного прогину рейок, зменшується просідання шпал під рухомим навантаженням. Це приводить до збільшення міжремонтних циклів і зменшення витрат праці та коштів на поточне утримання колії.

В залежності від температурної роботи розрізняють: рейки звичайної довжини, довгі рейки і рейкові пліті безстикової колії.
Строк служби рейок. Залежить від:

Г – вантажонапруженості Г, брутто за рік;

V – швидкості руху поїздів, км/годину;

Р – навантаження на вісь, тонн;

а також якості рейкової сталі, типу рейок, плану в профілю колії та інших факторів.

Рейки виходять з ладу за:



  • зносом головок рейок, котрий залежить від пропущеного тоннажу, та якості рейкової сталі;

  • за одиночним виходом рейок через дефектність.

Суцільна заміна рейок планується за суцільним зносом рейок вище нормативної величини, або за поодиноким виходом рейок, в т.ч. на безстиковій колії 3 шт/км на ділянках I-III категорії, 4 та більше на ділянках IV-V категорій; на ділянках ланкової колій 5 і 6 шт/км і більше відповідно до указаних категорій ділянок колії.

Знос рейок буває: вертикальний, боковий та приведений.

Приведений знос складається з вертикального + (плюс) 50% (п’ятдесят відсотків) бокового.

На ділянках колії де швидкість пасажирських поїздів до 120 (ста двадцяти) км/год, для рейок Р65 і важчих приведений знос на головних коліях повинен бути не більше 12 (дванадцяти) міліметрів, а боковий – 15 (п’ятнадцяти) міліметрів.

Середній строк служби рейок в роках визначається як



,

де Т – пропущений тоннаж, мільйон тонн брутто;

ТГ – середня річна вантажонапруженість, брутто за рік.
Загальний строк служби рейок, що виражається у тоннажі брутто, після якого рейки треба змінити згідно зносу визначається як:

де Т – загальний строк служби рейок, виражений в тоннажі брутто;

W – площа зносу поперечного перерізу головки рейки, що допускається, мм2;

βср – параметр зносу головки рейки, який представляє знос головки у мм після проходу 1 млн. тонн брутто вантажу. Для Р65 βср = 0,7 мм – для незагартованих рейок у прямих і 1,58 мм – у кривих.
,
де b – ширина зносу головки рейки, мм;

h – глибина зносу головки рейки, мм;

Δ – різниця в площах прямокутника шириною ”b”, та висотою ”h” і фактичним зносом головки рейки (Δ=70 мм2 при h>6 мм).
Основні шляхи збільшення надійності, експлуатаційної стійкості та довговічності рейок.

1 Удосконалення профілю рейок за рахунок:

- збільшення R – радіусів сполучення нижньої грані головки рейки з шийкою і шийки з підошвою рейки;

- більш рівномірного розподілу металу по площі поперечного перетину рейок, що зменшує скривлення при охолодженні після прокату і зводить до мінімуму холодну правку рейок, особливо шкідливу при великому вмісті вуглецю.

2 Поліпшення якості рейкової сталі за рахунок підвищення її чистоти:

- за рахунок вакуумування;

- за рахунок безперервного розливу рейкової сталі.

3 Поліпшення якості металу рейок за рахунок термообробки:

- об’ємне загартування рейок з охолодженням у маслі;

- поверхневе загартування струмами високої частоти, з охолодженням повітряною сумішшю;

- технологія загартування рейок у розплавах солей;

- поліпшення структури та якості сталі доданням комплексних розкислювачів: кремнію, ванадію, титану, магнію, калію, цирконію.

4 Застосування безстикової колії .

5 Наплавлення зношених кінців рейок.

6 Застосування лубрикації рейок у кривих ділянках колії.

7 Шліфування головки рейок на початковій стадії появи хвилеподібного зносу рейок.

8 Поліпшення поточного утримання колії в цілому.

9 Поліпшення утримання рухомого складу.

10 Ремонт старопридатних рейок у рейкозварювальних поїздах.

11 Повторне укладання старопридатних рейок у малодіяльні ділянки.

12 Відповідність конструкції колії вантажонапруженості, швидкостям руху та навантаженням на вісь.
Технологічні заходи для підвищення якості рейкової сталі (питання та відповіді).

1 У чому суть термічного загартування рейок?

Це збільшення експлуатаційної стійкості рейок за допомогою термічного зміцнення рейкової сталі.

При цьому збільшується міцність і твердість рейкової сталі.

Застосовуються такі засоби термічної обробки рейок по всій їх довжині:

а) об’ємне загартування в маслі по всій довжині і периметру (НТМК і КМК)

б) поверхневе загартування головки рейки при нагріванні струмом високої частоти (СВЧ) із подальшим охолодженням водоповітряною сумішшю (Азовсталь);

в) поверхневе загартування головок рейок після пічного нагрівання.

Твердість і міцність сталі після термічної обробки збільшується в 3-5 разів.

Однак до сталі після термічної обробки ставляться підвищені вимоги.

Наприклад: більш вузькі границі по утриманню вуглецю.



2 В яких границях повинен бути вміст вуглецю в рейковій сталі

До чого приводить збільшення його вмісту?

Вуглець міститься у границях від 0,71 до 0,82 відсотку.

Вуглець придає рейковій сталі твердість і міцність.

Верхня межа вмісту вуглецю встановлена для уникання збільшення крихкості сталі та виникнення поверхневих дефектів, раковин, плівок та ін.
3 Що таке процес легування рейкової сталі?

Легована рейкова сталь – це сталь у складі якої, крім заліза, вуглецю, кремнію є леговані елементи, введені у сталь для поліпшення експлуатаційних та технологічних властивостей сталі.

Легованими елементами являються: ванадій, титан, цирконій, хром та інші.

Легування рейкової сталі здійснюється за рахунок:

1. Введення в сталь більших, чим потрібно по ТУ (технічним умовам) додатків, марганцю, кремнію, хрому;

2 Модифікування рейкової сталі невеликими кількостями соляних карбідоутворюючих елементів – ванадію і титану.
4 Що таке процес розкислення рейкової сталі?

Розкислення рейкової сталі – це процес виведення з розплавленої сталі розчиненого в ній кисню (у вигляді закису заліза), котрий являється шкідливою домішкою, яка погіршує механічні властивості металу.

Для розкислення сталі застосовуються комплексні феросплави, які забезпечують підвищену чистоту металу:

а) кремній + кальцій + ванадій (КМК)

строк служби збільшується до 30%;

б) кремній + титан + магній (Азовсталь)

строк служби збільшується до 20-25%;

в) кремній + кальцій + цирконій (НТМК)

строк служби збільшується до 15-20%.

Для ефективного розкислення сталі необхідно, щоб продукти розкислення не залишались у сталі у вигляді неметалевих включень.

Рейкова сталь, виготовлена у ковші і розкислена алюмінієм, має недопустимо велику забрудненість неметалевими включеннями.

1.2 Рейкові скріплення
Призначені для:


  • прикріплення рейок до підрейкової основи;

  • з’єднання рейок у стиках між собою.

Вони беруть участь разом з іншими елементами верхньої будови колії у роботі під поїздами.
Усі рейкові скріплення розподіляються на 2 (дві) групи.

1 (перша) група проміжне рейкове скріплення, призначене для прикріплення рейок до опор: шпал дерев’яних чи залізобетонних, або залізобетонних плит.

2 (друга) група – стикові рейкові скріплення, призначені для з’єднання рейок в стиках між собою.
1.2.1 Проміжні скріплення.

За конструкцією проміжні скріплення розділяють 3-х типів: нероздільне, роздільне та змішане.



Роздільне, коли рейки до підкладок і підкладки до шпал прикріплюються різними прикріплювачами.

При нероздільному скріпленні рейки разом з підкладками прикріплюються до шпал одними прикріплювачами.



Змішане скріплення має елементи роздільного та нероздільного скріплення. На рис. 1.4 показано кріплення стику при костильному (змішане) і роздільному проміжному скріпленні.


а

б

а – при костильному скріпленні; б – при роздільному скріпленні


  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10


База даних захищена авторським правом ©lecture.in.ua 2016
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка