CC BY
26
БУД1ВНИЦТВО, РЕКОНСТРУКЦ1Я ТА ЕКСПЛУАТАЦ1Я КОНСТРУКЦ1Й I СПОРУД ЗАЛ1ЗНИЧНОГО
ТРАНСПОРТУ
УДК 625.143.5
Даренський О.М., к.т.н., доцент (УкрДАЗТ) Втольберг В.Г., асистент (УкрДАЗТ)
ПРОСТОРОВА ЖОРСТК1СТЬ ПРОМ1ЖНОГО СКР1ПЛЕННЯ ТИПУ
КПП-5
Промiжнi рейковi скрiплення типу КПП-5 дозволено до застосування на зашзницях Укра!ни з 2003 року. Нормативнi документи [1-3] дозволяють укладання безстиково! коли на дшянках з будь-якою вантажонапружешстю в прямих i кривих з радiусами 350 м i бшьше. Довжина плiтей безстиково! коли може досягати довжини блок-дшьнок або перегону (наддовп плiтi).
Скрiплення КПП-5 випдно вiдрiзняеться вiд скрiплення типу КБ -найпоширешшого на мережi з^зниць, у першу чергу малою кшьюстю елементiв. У скрiпленнi КПП-5 п'ять елементiв (враховуючи анкери складовою частиною шпали С- 3-0), у скршленш КБ - 21 елемент.
Вщсутшсть у скрiпленнi КПП-5 рiзьбових сполучень повинне ютотно пiдвищити стабiльнiсть притиснення рейки до шпал, ошршсть силам угону.
Виключення з перелiку колшних робiт - робiт iз закршлення клемних i закладних болтiв, ютотно (до 10 %) скоротить загальш затрати працi на поточне утримання та ремонти коли.
Однак, ш в дiючих нормативних документах [1-3], а також в опублжованих за останш роки результатах дослiджень (за винятком [4]) не дат характеристики жорсткост вузла скршлення типу КПП-5. Тим часом, просторова жорстюсть промiжних скрiплень е складовою загально! просторово! жорсткостi шдрейково! основи та впливае на роботу вЫе!
конструкци коли шд дiею динамiчного й вiбрацiйного по1'зного навантаження.
У роботi [4] розглянута вертикальна жорстюсть вузла скршлення КПП-5 i данi чисельнi характеристики жорсткостей пружних елеменпв цього скршлення. Однак в якост шдрейково! прийнята гумова прокладка, що не вщповщае типово! конструкци даного скрiплення [4].
У запропонованш статтi зроблена спроба математичного моделювання пружно! роботи скршлення КПП-5 шд дiею вертикальних i горизонтальних поперечних (бiчних) сил.
При ди на рейку вертикальних i бiчних сил вщбуваеться 11 вигин у вертикальнш i горизонтальнiй площиш та 11 крутiння. Складовими реакцш рейкових опор е вертикальнi i горизонтальнi реакци рейкових скрiплень i реактивнi крутнi моменти. Тому розглянемо вертикальну й горизонтальну поперечну жорстюсть скршлення типу КПП-5 при вигинах i його жорстюсть при крутшш рейки.
Вертикальна жорстмсть скршлення КПП-5. При монтажi вузла скршлення КПП-5 вщбуваеться початкова вертикальна деформащя пружинно! клеми упк°лч (рисунок 1), яю може досягати, з урахуванням конструктивних розмiрiв клем, анкерiв, прокладок, iзолюючого вкладиша та пiдошви рейки - 6 мм. При цьому кожна клема притискае шдошву рейки до шпали iз силою
\поч ^кл
епоч _ уПОЧЖ
кл У кл к
де Жкл - жорстюсть клеми при вертикальних деформащях (кН/мм). Шд дiею цих сил шдрейкова прокладка стискуеться та чинить пружний ошр цьому стиску
Q = Ucm y
z-упр пр У :
де UПТ - жорстюсть прокладки при статичному стиску (кН/мм); y - деформащя прокладки при стиску (мм).
Зб1рник наукових праць Дон1ЗТ. 2007 №10 101
Рисунок 1 - Початкова вертикальна деформащя пружинно! клеми
Силу Qпр можна представити (рисунок 2) у виглядi розподшеного пружного опору стиску з штенсившстю Чпр (кН/мм):
Ч
Q¡
пр
пр
ь
0дин пр
Чпр =■
ь
де Ь - ширина шдошви рейки (мм);
- сила, з якою двi клеми стискають прокладку при монтажi вузла
скрiплення;
- сила стиску прокладки при динамiчному навантаженш.
Рiвновага у вузлi скршлення буде тодi, коли остаточнi монтажш сили клемного притиснення будуть дорiвнювати пружному опору прокладки стиску:
2^0^ = = чмЬ
¿^пр 1 пр
I пр
(1)
м
м
О"
Я
✓л дин УГ глдин УГ
А 1 к к к ^к к к к к к к ^ ; к ^ к к ^ А
0м
пр дин
Рисунок 2 - Розрахункова схема при ди вертикально! сили Остаточна монтажна сила клемного притиснення ОКЛ зменшуеться в
епоч ■ .. 1
кл у результатi зворотно1 пружно1 деформацil клем за рахунок стиску шдрейково! прокладки на величину уМр:
Ом = (уп°ч - ум\ Ж .
Х-'КЛ V кл У пр / кл
Опiр прокладки стиску можна виразити через жорстюсть прокладки при статичному стиску:
Ом = пм ■ Ь = ум -ист .
г^пр Ч.пр У пр пр
Тодi вираження (1) буде мати вигляд:
(у"ач - У
V кл у ,
2(у"°ч - ум ). Ж = ум-ист
\у кл У пр / кл у пр пр
(2)
При ди на вузол скршлення динамiчноl вертикально! сили Яв умова рiвноваги сил (рисунок 2) можна записати як:
тл дин /-) дин
Кв = - 2°кл
(3)
Опiр прокладки при д11 сили Яв збшьшуеться при !!
додатковому динамiчному стиску на величину Лу:
0д:н = лу -и^+ур -ип; (4)
де идрин - жорстюсть шдрейково! прокладки при динамiчному стиску (кН/мм).
Сили клемного притиснення при ди Я зменшуеться за рахунок зворотно! пружно! деформаци клем на величину Лу
0дин = (у Г - УМр)- Ж л -Лу - Ж л. (5)
Тодi формулу (3) можна представити у виглядi
Я =Луидин + умист -2(у"оч -ум)ж + 2ЛуЖ
в У пр У пр пр \У кл У пр Г кл У к
Замшяючи в цiй формулi 2(уК0 - уМр )жкл на уМрис™ з вираження (2) одержимо
Я = Лу (ир + 2 Ж л ).
Або переходячи до вертикально! жорсткост вузла скршлення
я
Су = —, остаточно одержимо
у Лу
Су = иди + 2 Жл . (6)
Горизонтальна поперечна жорстмсть скртлення КПП-5.
Горизонтальна поперечна жорстюсть скршлення Сг (кН/мм) тд дiею бiчноl сили Я2 визначаеться як
С Я
С =Л, (7)
де Л - пружне бiчне перемiщення пiдошви рейки (мм). Умова рiвноваги сил у вузлi скрiплення при дИ бiчноl сили Я (рисунок 3)
яг = 2^ + + О?, (8)
де Р™ - сила тертя вкладиша по верхнiй граш пiдошви рейки (кН);
- сила тертя тдошви рейки по прокладщ (кН); Ов - сила опору бiчному перемiщенню пiдошви рейки частини iзолюючого вкладиша мiж тдошвою й анкером (кН). У формулi (8) пружно! буде тiльки сила О™
Овк = Л -иек
г ?
де ивк - жорсткiсть частини вкладиша при бiчних перемiщеннях пiдошви (кН/мм).
Сили тертя Р™ i РЩ можна представити з урахуванням формул (2), (4), (5) як:
Кр = 1мОТ = Л [( - у Мр )кл-ЛуЖкл ]= 11 уми-ЛуЖкл I;
рпр = Г один = г (уМист + Дуи*™ ) тр J пх-^п J п\/ пр пр у пр /5
де /м, /п - коефiцiенти тертя вкладиша по пiдошвi рейки (полiамiд-сталь) i пiдошви по прокладцi (сталь-полiуретан).
Iншi позначення залишилися без змiн.
Рисунок 3 - Умова рiвноваги сил у вузлi скрiплення при дИ бiчноl сили Тодi формула (8) буде мати вигляд
Я = / умист - 2 / ЛуЖ + / устист + / идин + Ливк
г У мУ пр пр У м У кл У пУ пр пр у п пр ^^ ъ ■
Пiсля перетворень
Я = умист (/ + / )+Лу( / идин - 2 /Ж )+Ливк
г У пр пр \У м У п) У V п пр У м кл) ^^ г ■
Переходячи до горизонтально! поперечно! жорсткост вузла скрiплення (7) одержимо
у Ж .
С = Лисп; (м + /п )+Л (и* - 2/мЖкл)+ ивк. (9)
Оскшьки iзолюючi вкладишi виготовляються iз достатньо твердого матерiалу (полiамiд) икр >> идрн > испт бiчнi перемщення пiдошви рейки
у м Л
набагато менше вертикальних Л <<Лу. Таким чином, —^ ^ да, — ^ да i
Л Ли
можна чекати, що Сг ^ да.
Жорстмсть скр^ення КПП-5 при крученш. При ди на вузол скршлення крутного моменту Мкр перерiз рейки повернеться на кут Л(, величину якого, у видi його малостi, можна визначити як (рисунок 4)
. Лу1 + Лу2
Л( = ь , (рад) (10)
де Лу1 i Лу2 - додатковi перемiщення кромки пiдошви рейки при поворотi перерiзу (мм);
Ь - ширина шдошви рейки (мм).
Жорсткiсть вузла скршлення при крутшш
С М кр
Сц =Л . (кН/рад) (11)
Умова рiвноваги моменту Мкр, моментiв реактивних опорiв клем Ок1 i Ок2, моментiв нерiвномiрно розподшеного реактивного опору тдрейково! прокладки щодо центра повороту перерiзу (ЦП) (рисунок 4) визначаеться як
Мр + о,Ь- - ^ Ь_+Ь- - Ок,Ь = 0 кр 2 2 2 8 2 8 2
Пiсля перетворення одержимо
Мкр =(0к1 - 0к2))+( - 4 (12)
де 0к1 i 0к2 - сили клемних натискань (кН) при поворот перерiзу; 41 i 42 - штенсивносп нерiвномiрного розподiлу реакци опору шдрейково! прокладки при нерiвномiрному II стиску (кН/мм).
Рисунок 4 - Розрахункова схема при крученш рейки Сили натискання клем при поворот перерiзу можна визначити як
в* = вм +Л0к1 = вм + ЖшЛу{;
в 2 = о:+ла 2 = вм+Жшлу2
Тодi рiзниця (вк1 - вк2) у формулi (12) буде дорiвнювати ((1 - вк 2 ) = Жкл (Лу1 +Лу2) .
Аналопчно для рiзницi значень (д1 - q2) з урахуванням викладеного вище можна одержати
и дин
(( - q2 ) = ~Ь^ (лу1 -лУ2 ).
Зб1рник наукових праць Дон1ЗТ. 2007 №10 108
Тодi формула (12) буде мати вигляд
Мр = ж„ ( +л)+и -
Пiдставляючи значення Л(рз рiвняння (10)
h2 h2 M кр = ЖшЛ(Р~ + и д;нЛ(р-
Переходячи до жорсткостi скрiплення при крученш (11), одержимо
h2 h2
с — Ж —__i- идин
^ ц кл 2 пр 16 ■
Таким чином, отримаш рiвняння (6), (9), (13), як дозволяють представити просторовi жорсткостi вузла скршлення КПП-5 як функци величини жорсткостей пружних елеменлв цього скршлення.
Список лтератури
1. 1нструкщя з улаштування та утримання коли зал1зниць Укра!ни / Е.1. Даншенко, В.О. Яковлев, А.М. Орловський, М.1. Карпов та шш1. - К.: Транспорт Укра!ни, 2006. - 336 с.
2. Правила розрахунюв зал1знично'1 коли на мщшсть i стшкють (ЦП-0117) / Е.1. Даниленко, В.В. Рибкш. - К.: Транспорт Украши, 2006. - 168 с.
3. 1нструкщя з укладання та утримання рейково! коли з рейками типу Р65, UIC 60 i пружним промiжним скршленням типу КПП-5 та високомщними iзолюючими стиками (ЦП-0104), Кшв, 2003. - 52 с.
4. Говоруха В.В. Механика деформирования и разрушения упругих элементов промежуточных рельсовых скреплений. Монография. - Днепропетровск: Изд. «Лира ЛТД», 2005. - 388 с.
