Нагрузки на путь

Нагрузки на путь — внешние силы, воспринимаемые железнодорожным путём, рассматриваемые и учитываемые при расчётах, конструировании и проектировании пути и его элементов, при анализе его работы, его текущем состоянии, ремонте и усилении. Эти силы определяют опытным путём или расчётами (расчётные нагрузки).

Различают сосредоточенные нагрузки от колёс экипажа на рельсы и распределённые. Последние обычно представляют в виде равномерно распределённых по длине нагрузок (линейные нагрузки), которые равны q = ΣQ/l, где ΣQ — суммарная нагрузка от экипажа или его тележки в H, а l — длина отрезка пути в м, к которой эту нагрузку относят.

В зависимости от направления действия внешних сил по отношению к оси пути нагрузки на путь делят на вертикальные, горизонтальные поперечные и горизонтальные продольные. Эти нагрузки могут быть статическими и динамическими.

Статические нагрузки имеют место при передаче колёсами рельсам веса экипажа при его скорости, равно нулю. Собственный вес верхнего строения пути является статической нагрузкой по отношению к нижнему строению пути.

Динамические нагрузки на путь определяются динамическими процессами, протекающими в единой механической системе экипаж — путь при движении экипажа. Они в значительной мере зависят от случайных размеров и форм неровностей пути и колёс подвижного состава, поэтому носят случайный (стохастический) характер. Для заданного экипажа (или совокупности экипажей, поезда) при заданной скорости его движения обобщающими характеристиками динамических сил могут служить вероятность (частость) повторения различных уровней (значений) этих сил в заданном поперечном сечении пути или на участке пути заданной конфигурации и протяжённости.

Вертикальные динамические силы, передаваемые рельсам колёсами экипажей при их движении, могут представлять статистическую сумму (композицию) сил, вызванных колебаниями надрессорного строения экипажа; колебаниями необрессоренных масс; силами инерции неуравновешенных вращающихся масс на колёсах; вертикальными силами с вала двигателя на колесо; весом экипажа, передаваемым данному колесу (с учётом перегрузок, вызываемых продольными инерционными силами в надрессорном строении; поперечными центробежными силами экипажа, не уравновешенными возвышением наружного рельса в криволинейных участках пути; моментом рамных сил, стремящихся вращать колёсную пару в плоскости, перпендикулярной оси пути.

Горизонтальные динамические поперечные силы возникают на колёсах экипажа при его движении в криволинейных участках пути и при извилистом движении на прямых участках. Горизонтальная поперечная сила, передаваемая гребнем колеса рельсу, называется направляющим усилием. Кроме того, колёса сообщают рельсам по поверхностям катания горизонтальные поперечные силы. Эти силы определяются или значениями горизонтальных упругих деформаций металла колёс и рельсов в месте контакта, или силами трения при скольжении колёс по рельсам. Общее горизонтальное поперечное усилие, передаваемое колесом рельсу, называется боковой силой. Сумма боковых сил, сообщаемых в один момент времени одной колёсной парой обоим рельсам, называется рамной силой.

Методы определения направляющих, боковых и рамных сил — см. Вписывание экипажа в кривые.

Горизонтальные продольные динамические нагрузки на путь представляют собой сосредоточенные в месте контакта колёс и рельсов силы, действующие вдоль поверхности катания головки рельса. Они возникают в результате реализации экипажем сил тяги или торможения. Их значения могут быть определены опытным путём или тяговыми расчетами.

Источник:

• «Энциклопедия железнодорожного транспорта», научное издательство «Большая Российская энциклопедия», 1995 год.