Способ укладки рельсовой плети бесстыкового пути

 

Изобретение относится к строительству железнодорожных дорог. Способ заключается в том, что рельсовую плеть и примыкающие к ее началу уравнительные рельсы укладывают на основание; прикрепляют вновь уложенные уравнительные рельсы к основанию, а также к примыкающим к ним участкам пути и жестко соединяют начало плети с уравнительным рельсом; между концом плети и примыкающим к нему уравнительным рельсом устанавливают зазор Δ L_max; прикладывают к концу рельсовой плети растягивающую продольную силу N_maxmax, предварительно разместив на обоих примыкающих уравнительных рельсах подвижную нагрузку P₁ и P₂, в сторону зазора Δ L_max; пригружают середину плети подвижной нагрузкой P₃; снимают продольную силу до получения зазора Δ L_расч; прикрепляют к основанию конец плети и пригружают нагрузкой P₄; прикрепляют плеть после удлинения к основанию. Изобретение позволяет повысить эффективность способа укладки рельсовой плети. 8 ил.

Изобретение относится к железнодорожному строительству, а именно к способам укладки рельсовых плетей бесстыкового пути, и может быть использовано при укладке, ремонте и эксплуатации железнодорожного пути.

Известен способ укладки рельсовой плети бесстыкового пути (решение от 29.10.97 г. о выдаче патента РФ по заявке на изобретение N 97109504/28 от 24.06.97 г.), заключающийся в том, что укладывают рельсовую плеть на подрельсовое основание, жестко закрепляют один ее конец, прикладывают к другому ее концу продольную растягивающую силу, подсчитываемую по формуле: N+ΔN = α·E·F(t_p-t_y)+P(L-l_i), где N - величина продольной силы, способная создать в рельсовой плети напряжения, соответствующие принятой расчетной температуре закрепления рельсовой плети; ΔN - - дополнительная величина продольной силы, устраняющая влияние погонного сопротивления перемещению рельсовой плети; α - коэффициент линейного расширения рельсовой стали; E - модуль упругости рельсовой стали; t_p - принятая расчетная температура закрепления рельсовой плети на постоянный режим эксплуатации; t_y - температура рельса при его укладке; P - погонное сопротивление перемещению рельсовой плети; L - длина укладываемой рельсовой плети;
l_i - длина закрепленного участка рельсовой плети и участка с создаваемыми в нем напряжениями, соответствующими принятой расчетной температуре закрепления рельсовой плети на постоянный режим эксплуатации
уменьшают величину продольной силы по мере получения на отдельных участках рельсовой плети, в направлении от жестко закрепленного конца к другому ее концу, необходимых значений напряжений, а затем закрепляют отдельные эти участки.

Этот способ укладки рельсовой плети предполагает расчетное удлинение отдельных участков плети, начиная с ее первого конца, что требует приложения значительных продольных сил и переудлинения рельсовой плети. Кроме этого, известный способ предполагает последовательное от начала до конца прикрепление к основанию участков с расчетным удлинением, что требует излишне продолжительного действия продольной силы и снижает производительность труда.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ укладки рельсовой плети бесстыкового пути (решение от 29.10.97 г. о выдаче патента РФ по заявке на изобретение N 97101528/28 от 30.01.97 г. ), заключающийся в том, что рельсовую плеть и примыкающие к ней уравнительные рельсы укладывают на подрельсовое основание с возможностью удлинения рельсовой плети на расчетную величину:
- прикрепляют один конец рельсовой плети и примыкающие к нему уравнительные рельсы между собой к подрельсовому основанию;
- устанавливают на другом конце рельсовой плети и примыкающем к плети конце уравнительного рельса накладки - упоры, монтируемые через болтовые отверстия;
- пригружают вертикальной нагрузкой, обеспечивающей сдвиговую устойчивость рельсовой плети в продольном направлении рельсов, примыкающей ко второму концу рельсовой плети;
- прикладывают через упоры ко второму концу рельсовой плети и примыкающему уравнительному рельсу продольную силу N_p, необходимую и достаточную для ее расчетного удлинения;
- жестко соединяют удлинившуюся рельсовую плеть и примыкающий к ней уравнительный рельс друг с другом;
- другой конец рельсовой плети пригружают вертикальной нагрузкой P, определяемой по формуле:
P = k · N_y,
где k - коэффициент продольного сдвига подрельсового основания по балласту;
N_y - значение продольной силы, обеспечивающей расчетное удлинение рельсовой плети;
- снимают продольную силу, прикрепляют рельсовую плеть к подрельсовому основанию на оставшейся длине, после чего производят замену накладок - упоров на типовые накладки и уравнительного рельса с дополнительными болтовыми отверстиями, прикрепляют рельсовую плеть к подрельсовому основанию на оставшейся длине рельсовой плети, далее производят снятие вертикальных нагрузок, воздействующих на концы рельсовой плети.

Известный способ имеет следующие недостатки:
- величина зазора, оставленного между вторым концом рельсовой плети и примыкающем к нему уравнительным рельсом, а также силы, приложенные к рельсовой плети, предполагают максимальное удлинение плети на расчетную величину и не предполагают расчетные удлинения отдельных участков, составляющих длину плети;
- продольная сила, приложенная к рельсовой плети, действует на участок, примыкающий к ее первому концу, нарушая ее расчетные напряжения на значительном участке.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности способа укладки рельсовой плети путем избыточного удлинения рельсовой плети из условия постановки по расчету середины плети и удержания этого положения бездействия продольных сил, а также минимизации воздействия продольной силы на примыкающие к плети участки.

Технический результат достигается тем, что в способе укладки рельсовой плети, заключающемся в том, что:
- рельсовую плеть и примыкающие к ее началу и концу уравнительные рельсы укладывают на подрельсовое основание, причем между концом рельсовой плети и примыкающим к нему уравнительным рельсом устанавливают зазор для удлинения плети;
- прикрепляют вновь уложенные уравнительные рельсы к основанию, а также к примыкающим к ним участкам пути и жестко соединяют начало плети с уравнительным рельсом;
- прикладывают к концу рельсовой плети растягивающую продольную силу, предварительно разместив на обоих примыкающих уравнительных рельсах подвижную нагрузку;
- прикрепляют рельсовую плеть после ее удлинения к основанию, соединяют ее конец с уравнительным рельсом, размещают подвижную нагрузку на конце плети и снимают продольную силу;
- при укладке рельсовой плети величину зазора Δ L_max удлинения плети определяют по формуле:
ΔL_max= ΔL₁+ΔL₂+ΔL₃
где Δ L₁ - удлинение под действием продольной силы участка пути, примыкающего к уравнительному рельсу у начала плети;
Δ L₂ - то же укладываемой рельсовой плети при удлинении ее середины на расчетную величину;
Δ L₃ - то же участка пути, примыкающего к уравнительному рельсу, расположенного у конца плети;
- размещают подвижную нагрузку P₁ и P₂ на участках пути, примыкающих к уравнительным рельсам со стороны начала плети P₁ и со стороны конца плети P₂, причем значение P₁ определяется по формуле
P₁ = r₂ · L₁,
где P₁ - значение подвижной нагрузки, размещенной на участке пути, примыкающем к началу рельсовой плети;
r₂ - значение погонных сил сопротивления удлинению рельсошпальной решетки под действием подвижной нагрузки и продольных сил;
L₁ - длина зоны действия продольной силы N_maxmax на участке, примыкающем к уравнительному рельсу, расположенному у начала рельсовой плети,
а значение P₂ определяют по формуле:
P₂ = r₂ · L₂,
где P₂ - значение подвижной нагрузки на участке L₂;
L₂ - длина зоны действия продольных сил на участке, примыкающем к уравнительному рельсу, расположенному у конца рельсовой плети;
- прикладывают после размещения подвижной нагрузки P₁ и P₂ к концу рельсовой плети продольную силу N_maxmax, необходимую и достаточную для расчетного удлинения середины плети, определяемую по формуле:
N_maxmax = α (t_o-t_укл)EF + 0,75 · r₀ · L,
где N_maxmax - приложенная к концу плети продольная сила, под действием которой сечение в середине плети перемещается на расчетную величину;
α - коэффициент линейного расширения материала рельсов;
t₀ - необходимая нейтральная температура рельсовой плети;
t_y - фактическая температура рельсовой плети при ее укладке;
E - модуль упругости материала рельса;
F - площадь поперечного сечения рельса;
r_o - погонное сопротивление рельсовой плети по основанию;
L - длина рельсовой плети;
- пригружают после расчетного удлинения середины плети этот участок подвижной нагрузкой P₃, необходимой и достаточной для неподвижности сечения в середине плети, причем значение P₃ определяют по формуле:

где k - коэффициент трения между подошвой рельса и подрельсовым основанием;
- после размещения подвижной нагрузки P₃ уменьшают продольную силу N_maxmax до значения N_min, при которой зазор Δ L_max уменьшится до значения Δ L_расч, причем величину Δ L_расч определяют по формуле:
ΔL_расч≈ ΔL₂-αL(t₀-t_укл)-2ΔL₃,
а затем прикрепляют к основанию второй конец рельсовой и пригружают его подвижной нагрузкой P₄.

Установка зазора ΔL_max= ΔL₁+ΔL₂+ΔL₃ между концом рельсовой плети и примыкающим уравнительным рельсом позволяет при приложении соответствующей силы создать избыточное удлинение плети при постановке ее середины по расчету.

Постановка середины плети по расчету с наперед заданным допустимым значением неравномерно перемещения сечений внутри этой половины достигается удержанием достигнутого удлинения пригружением грузом P₃.

Естественно, что приложенная к рельсовой плети продольная сила N_maxmax должна соответствовать реализации такого избыточного удлинения.

Кроме того, зазор Δ L_max учитывает удлинения примыкающих к плети с обоих сторон участков пути.

Таким образом, значение зазора Δ L_max, значение продольной силы N_max, реализующее это удлинение и пригружение середины плети подвижной нагрузкой P₃, есть совокупность признаков, необходимых и достаточных для расчетного удлинения первой половины плети с допускаемым отклонением в равномерности удлинения.

Последующее уменьшение продольной силы до значения зазора Δ L_расч и расчетное пригружение ее пригрузом P₄ позволяет добиться расчетного удлинения второй половины рельсовой плети после снятия продольной силы и естественного упругого сокращения длины второй половины плети.

Пригруз участка, примыкающего к первому концу плети, уменьшает (примерно в 2 раза) зону влияния продольной силы на этот участок с установленным ранее расчетным напряженным состоянием.

Необходимость постановки сечения середины плети точно по расчету обусловлено существующим нормативом неравномерности распределения сечений по длине плети [D] ≅ 0,5 см.

Для отечественной конструкции бесстыкового пути: при L = 800 м, D = 1,52 см > [D] = 0,5 см
при L = 400 м, D = 0,38 см < [D] = 0,5 см
Следовательно, чтобы фактическое значение D не превышало допускаемого норматива [D] , необходимо и достаточно удлинить на расчетную величину сечение в середине плети и ее конец, что и предусмотрено предложенным способом укладки рельсовой плети.

Если выставлять по расчету дополнительные сечения (кроме середины и конца плети), то это будет избыточным требованием, достигаемым путем снижения эффективности.

На фиг. 1 изображена схема исходного положения рельсовой плети до силовых воздействий на нее.

На фиг. 2 изображена схема рельсовой плети после выполнения операций по прикреплению одного конца рельсовой плети и примыкающего к нему уравнительного рельса между собой и к подрельсовому основанию, постановки накладок - упоров через дополнительные болтовые отверстия для приложения продольных сил и пригрузов подвижной нагрузки P₁ и P₂ уравнительных рельсов, примыкающих к обоим концам рельсовой плети.

На фиг. 3 - то же после приложения продольной силы N_maxmax.

На фиг. 4 - то же после пригруза середины рельсовой плети подвижной нагрузкой.

На фиг. 5 - то же после уменьшения продольной силы до значения, при котором обеспечивается расчетное удлинение второй половины рельсовой плети.

На фиг. 6 - то же после размещения пригруза подвижной нагрузки P₄.

На фиг. 7 - то же после снятия продольной силы.

На фиг. 8 - то же после смены уравнительного рельса с дополнительными болтовыми отверстиями, примыкающего ко второй половине рельсов плети, на типовой уравнительный рельс с тремя болтовыми отверстиями.

Способ укладки рельсовой плети осуществляется следующим образом.

Пусть требуется произвести укладку рельсовой плети типа P65 длиной L, равной 800 м. Требуемая нейтральная температура t₀ = 30^oC. Фактическая температура укладки t_укл = 0^oC. Допускаемая неравномерность перемещения сечений вдоль рельсовой плети D_max = 0,5 см, погонное сопротивление рельсовой плети P65 по основанию (резиновым прокладкам); r₀ = 0,317 кН/м, погонное сопротивление рельсошпальной решетки в незамерзшем балласте r₁ = 13,5 кН/м, погонное сопротивление от пригруза подвижной нагрузкой (4-осные платформы с тарой 200 кН и осевой нагрузкой 210 кН) r₂ = 13,7 кН/м, коэффициент трения между рельсом и подрельсовыми прокладками k = 0,5.

Другие константы для рельсов типа P65:
α = 1,2 · 10⁵ - коэффициент линейного расширения рельсовой стали;
EF = 1,65 · 10⁶ кН - жесткость рельсов P65 при продольном изменении длины.

Рельсовую плеть 1 и примыкающие к ней уравнительные рельсы 2 укладывают на подрельсовое основание 3 (см. фиг. 1), причем начало рельсовой плети 1 укладывают относительно примыкающего к нему уравнительного рельса 2 или ранее уложенного пути с зазором, позволяющим постановку стыковых накладок 4.

Конец рельсовой плети 1 и уравнительный рельс, примыкающий к плети со стороны ее удлинения, укладывают друг относительно друга с зазором ΔL_max.
ΔL_max= ΔL₁+ΔL₂+ΔL₃,
где ΔL₁ - удлинение под действием продольной силы участка пути, примыкающего к уравнительному рельсу со стороны начала плети;
ΔL₂ - то же укладываемой рельсовой плети при удлинении половины рельсовой плети на расчетную величину;
ΔL₃ - то же участка пути, примыкающего к уравнительному рельсу со стороны конца плети, т.е. участка пути со стороны удлинения плети.

Значение ΔL₁ определяют по формуле:

где N_min - значение продольной силы, приложенной к участку L₁.

N_min = N_maxmax - r₀ · L₁ (2)
где L₁ - длина зоны действия силы N_min на участке пути, примыкающем к уравнительному рельсу со стороны начала плети.

N_maxmax = α (t₀ - t_укл)EF + 0,75 · r₀ · L (4)
Для нашего случая:
N_maxmax = 1,2 · 10^-5 · 30 · 1,65 · 10⁶ + 0,75 · 0,317 · 800 = 784,6 кН
N_min = 784,6 - 0,317 · 800 = 531,6 кН


Значение ΔL₂ определяют по формуле:

Для нашего случая

Значение ΔL₃ определяют по формуле:

где L₃ - длина зоны действия силы N_maxmax на участке пути, примыкающем ко второму концу плети.

ΔL_max = 0,30 + 31,9 + 0,7 = 32,9 см
Далее жестко соединяют один конец рельсовой плети (см. фиг.2) с примыкающим уравнительным рельсом типовыми накладкам 4, а на другом конце рельсовой плети и примыкающем к нему уравнительном рельсе устанавливают упоры - накладки 5 для приложения к ним продольных сил, направленных в сторону зазора ΔL_max. Причем упоры - накладки 5 жестко соединены с рельсами через дополнительные болтовые отверстия 6.

После установки накладок - упоров 5 пригружают участки L₁ и L₂ пути 2 подвижной нагрузкой P₁ и P₂, причем величину пригрузов определяют по формулам:
на участке L₁ величина пригруза P₁ равна P₁ = r₂ · L₁. Для нашего случая P₁ = 13,7 · 19,4 = 265,5 кН.

а на участке L₂ величина пригруза P₂ равна P₂ = r₂ · L₃. Для нашего случая P₂ = 13,7 · 28,6 = 392,3 кН.

После установки пригрузов P₁ и P₂ к концу рельсовой плети и примыкающему к ней уравнительному рельсу 2 при помощи устройства, например по свидетельству N 1494 от 16.01.96 на полезную модель, прикладывают продольные силы N_maxmax, (см. фиг. 3), направленные в сторону зазора Δ L_max.

Под действием этой силы происходит удлинение рельсовой плети 1 и примыкающих к ней участков 2.

В частности, участок L₁ удлинится на длине Δ L₁. На эту же величину Δ L₁ в направлении действия силы переместятся все сечения плети 1.

Первая половина плети 1 удлиняется на величину Δ L₂, равную

Проверим неравномерность перемещения сечений в первой половине рельсовой плети 1 длиной 400 м.

Максимальное отклонение (D_max) линейного (идеального) распределения перемещений определим по формуле:

Для нашего случая

Следовательно, заданное нормативное значение неравномерности перемещения сечений D = 0,5 см не превышено.

Одновременно с этим сечение середины плети 1 с учетом Δ L₁ переместится в сторону зазора на величину равную

Вся рельсовая плеть 1 удлинится на величину ΔL₂ = 31,9 см, а ее правый конец переместится на величину ΔL₁+ΔL₂= 0,30+31,9 = 32,2 см.
Участок пути 2 удлинится на величину ΔL₃ = 0,7 см.

Зазор L_max между вторым концом рельсовой плети и примыкающим уравнительным рельсом, установленный при укладке их на основания в результате удлинения ΔL₁,ΔL₂ и ΔL₃, будет равен нулю:

Далее пригружают середину плети (см. фиг. 4) подвижной нагрузкой P₃, определяемой по формуле:

После установки P₃ и снятия продольной силы первая половина плети не изменит полученного удлинения от силы N_maxmax.

После размещения пригруза P₃, т. е. обеспечения расчетного удлинения первой половины рельсовой плети 1, уменьшаем (см. фиг. 5) продольную силу до получения зазора величиной ΔL_расч, определяемой по формуле
ΔL_расч≈ ΔL₂-α·LΔt-2·ΔL₃
Для нашего случая
ΔL_расч≈ 31,9-1,2·10⁵·800-2·0,7 = 1,7 см
Этим действием обеспечивается последующее расчетное удлинение второй половины плети 1 после упругого сокращения длины пригруженных концов рельсовой плети 1 и примыкающего к нему уравнительного рельса 1 при снятии продольной силы.

Далее (см. фиг. 6) прикрепляем к основанию и пригружаем его подвижной нагрузкой P₄ конец рельсовой плети на участке L₄ ≈ L₃. Значение этого пригруза P₄ приблизительно равно значению пригруза P₃, т.е. 507,2 кН.

Пригруз P₄ так же, как и установленный ранее P₃, минимизирует упругое сокращение длины пригружаемых участков при снятии продольной силы.

Далее снимают (см. фиг. 7) продольную силу, накладки - упоры 5, прикрепляют рельсовую плеть 1 к основанию 3, заменяют уравнительный рельс 2 с дополнительными отверстиями на обычный (см. фиг. 8), соединяют накладками конец рельсовой плети 1 с примыкающим уравнительным рельсом 2 и снимают подвижную нагрузку.

При снятии продольной силы произойдет упругое сокращение длины растянутых и пригруженных второго конца рельсовой плети 1 и примыкающего к нему уравнительных рельсов 2 на величину, приблизительно равную Δ L₃.

В этом случае величина остаточного зазора Δ L_ост определяется по формуле:
ΔL_ост= ΔL_min-2ΔL₃
Для нашего случая Δ L_ост = 1.7 - 2 · 0,7 = 3,1 см.

Величина этого зазора приводится к нормальной величине Δ L_норм путем:
а) регулировки зазоров в пределах уравнительного пролета;
б) разницы длин сменяемых рельсов, примыкающих ко второму концу плети 1 с дополнительными отверстиями 2 и без них.

Формула изобретения

Способ укладки рельсовой плети бесстыкового пути, заключающийся в том, что рельсовую плеть и примыкающие к ее началу и концу уравнительные рельсы укладывают на подрельсовое основание, причем между концом рельсовой плети и примыкающим к нему уравнительным рельсом устанавливают зазор для удлинения плети; прикрепляют вновь уложенные уравнительные рельсы к основанию, а также к примыкающим к ним участкам пути, и жестко соединяют начало плети с уравнительным рельсом; прикладывают к концу рельсовой плети растягивающую продольную силу, предварительно разместив на обоих примыкающих уравнительных рельсах подвижную нагрузку; прикрепляют рельсовую плеть после ее удлинения к основанию, соединяют ее конец с уравнительным рельсом, размещают подвижную нагрузку на конце плети и снимают продольную силу, отличающийся тем, что величину зазора ΔL_max для удлинения плети определяют по формуле
ΔL_max= ΔL₁+ΔL₂+ΔL₃,
ΔL₁ - удлинение под действием продольной силы участка пути, примыкающего к уравнительному рельсу у начала плети;
ΔL₂ - то же укладываемой рельсовой плети при удлинении ее середины на расчетную величину;
ΔL₃ - то же участка пути, примыкающего к уравнительному рельсу, расположенного у конца плети,
размещают подвижные нагрузки P₁ и P₂ на участках пути, примыкающих к уравнительным рельсам со стороны начала плети P₁ и со стороны конца плети P₂, причем значение P₁ определяют по формуле
P₁ = r₂ · L₁,
где P₁ - значение подвижной нагрузки, размещенной на участке пути, примыкающем к началу рельсовой плети;
r₂ - значение погонных сил сопротивления удлинению рельсошпальной решетки под действием подвижной нагрузки и продольных сил;
L₁ - длина зоны действия продольной силы N_maxmax на участке, примыкающем к уравнительному рельсу, расположенному у начала рельсовой плети,
а значение P₂ определяют по формуле
P₂ = r₂ · L₂,
где P₂ - значение подвижной нагрузки на участке пути L₂;
L₂ - длина зоны действия продольных сил на участке, примыкающем к уравнительному рельсу, расположенному у конца рельсовой плети;
прикладывают после размещения подвижной нагрузки P₁ и P₂ к концу плети продольную силу N_maxmax, необходимую и достаточную для расчетного удлинения середины плети, определяемую по формуле
N_maxmax = α(t_o - t_укл) · EF + 0,75 · r_o · L,
N_maxmax - приложенная к концу плети продольная сила, под действием которой сечение в середине плети перемещается на расчетную величину;
α - коэффициент линейного расширения материала рельсов;
t_o - необходимая нейтральная температура рельсовой плети;
t_укл - фактическая температура рельсовой плети при ее укладке;
Е - модуль упругости материала рельса;
F - погонное сопротивление рельсовой плети по основанию;
r_o - длина рельсовой плети;
после достижения расчетного удлинения конца рельсовой плети пригружают участок в середине плети подвижной нагрузки P₃, необходимой и достаточной для неподвижности сечения в середине плети, причем значение P₃ определяют по формуле

где k - коэффициент трения между подошвой рельса и подрельсовым основанием;
после размещения подвижной нагрузки P₃ уменьшают продольную силу N_maxmax до значения N_min при которой зазор ΔL_max уменьшится до значения ΔL_расч, причем величину ΔL_расч определяют по формуле ΔL_расч≈ ΔL₂-αL(t₀-t_укл)-2ΔL₃,
а затем прикрепляют к основанию конец рельсовой плети и пригружают его подвижной нагрузкой P₄.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8