- Бочкарьов А.Ф. та ін. Механіка літака. М: Машинобудування, 1985. 356с.
- Леонов В.А. електронна версія цього конспекту лекцій.
1.1 Фактори, що впливають на температуру рейок.
Зміна температури рейки відбувається в умовах складного теплообміну.
Влітку, перебуваючи під дією сонячних променів, рейки отримують теплову енергію, витрачаючи її частина на зворотне випромінювання і тепловіддачу в навколишнє середовище. Коли рейок нагрівається (тепла підводиться більше, ніж відводиться), значення температури в різних його точках, змінюючись в часі, все більше зростають.
При досягнення рівноваги (теплового) між кількістю підводиться і віддається тепла температура рейок перестає підвищуватися, хоча локальні значення температури різних ділянок як по довжині рейки, так і по його поперечному перерізі можуть досить суттєво відрізнятися. Видимий різниця в температурі за поперечним перерізом рейки (головка, шийка, підошва) досягає 10ºС. Потім температура рейки знижується, а його температурне поле вирівнюється.
Температура рейок залежить від багатьох факторів: температури повітря, типу рейки і стану його поверхонь, а також орієнтування рейки відносно сторін світу, плану і профілю колії; поперечного профілю земляного полотна (насип, виїмка, нульове місце), інтенсивності сонячної радіації і прозорості атмосфери, швидкості і напряму вітру, якості і відбивної здатності баласту і ряду інших причин.
При одній і тій же температурі повітря і різних поєднаннях інших перерахованих факторів відміну температур в залежності від умов може досягати 10º-15ºС і навіть більше.
Температура рейок влітку в денні години, як правило, вище температури рейок. Різниця температур рейки і повітря є величиною змінною і з підвищенням максимальної температури повітря дещо зменшується. Різниця температур рейки і повітря влітку досягає 16-18ºС в північних регіонах і 24-26ºС- в середніх і південних районах країни. За розрахункову різницю температур між ними влітку в даний час приймають 20ºС, тобто
t р = t в +20 ºС,
де tр- температура рейки;
tв- температура повітря.
Взимку температура рейок менше відрізняється від температури повітря. Спостереження показали, що в зоні екстремальних зимових температур повітря (-30ºС і нижче) їх температура може бути на 3-5ºС вище в порівнянні з повітрям. Через вихолоджування при сильному вітрі температура може бути і нижче температури повітря. Однак зазвичай взимку температура рейок і повітря збігається, і в розрахунках приймають tр = tв.
При виготовленні та укладання рейкових батогів, виконанні робіт з технічного обслуговування і ремонту безстикової колії вимірюють фактичну температуру рейок. В даний час такий прийнято вважати температуру головки рейки. При подібних вимірах застосовують різні технічні засоби: прилади для безпосереднього виміру в дорозі на місці проведення робіт; стаціонарні прилади для вимірювання на постах метрологічних станцій і дистанції колії; стаціонарні або переносні прилади для вимірювання на рейкозварювальних підприємствах в процесі виготовлення батогів. Вперше температура рейкової батоги вимірюється на рейкозварювальна підприємстві, де визначається та, при якій виготовлена батіг.
У проекті укладання безстикової колії кожній парі рейкових батогів присвоюється порядковий номер, під якому в подальшому вона буде значитися в заявці на зварювання та інших облікових документах.
На початку і наприкінці кожної батоги на внутрішній стороні шийки рейки (з боку осі колії) білою масляною фарбою вказується номер рейкозварювальна підприємства, номер батоги по зварювальної відомості, її довжина в метрах з точністю до другого знака після коми при температурі рейок + 20ºС. При іншій температурі рейкова батіг, очевидно, буде мати іншу довжину. зміна # 8710; L довжини рейкової батоги в цьому випадку може бути визначено за формулою
# 8710; L = 0.0000118L (20 - t ф), (1.1)
де L - довжина рейкової батоги при температурі + 20ºС (вказана на внутрішній стороні шийки рейки);
t ф - температура рейкової батоги в момент вимірювання.
Приклад 1.1. Довжина рейкової батоги, виготовленої, на підприємстві 42 по зварювальної відомості 317, становить 796,22 м, а температура рейки 18ºС. Яку довжину батоги слід вказати на внутрішній стороні шийки рейки?
Зміна довжини рейкової батоги складе
На внутрішній стороні шийки рейки повинна бути вказана довжина
Після укладання рейкової батоги в шлях додатково до наявної маркування наносять номер батоги по проекту із зазначенням сторонності (ліва по ходу км - Л, права по ходу км - П), дату укладання та температуру батоги при закріпленні її до основи (шпалах).
При закріпленні батогів на шпалах температуру рейок вимірюють двічі перед початком і після закінчення закріплення. Для прискорення процесу вимірювання температури рейкових батогів спочатку їх закріплюють тільки на кожній п'ятій шпалі.
З моменту закріплення рейкової батоги на постійний режим починається «температурна життя» батоги, а сама температура закріплення може вважатися початком цьому житті. Температуру закріплення рейкової батоги іноді називають «нейтральної».
1.2 Зміна довжини рейок при коливаннях їх температури.
Якщо покласти рейок довжиною L на ролики або спеціальні підкладки з дуже низьким коефіцієнтом тертя, то можна вважати, що вільному подовженню рейки ніщо не перешкоджає.
Зміна довжини рейки # 8710; L, як вільного стрижня, при зміні його температури може бути визначено за формулою
# 8710; L = # 945; L # 8710; t р, (1.2)
де # 945; - коефіцієнт лінійного розширення рейкової сталі;
# 945; = 0,00001181 / град; # 8710; t р- зміна температури рейки, ºС,
L - довжина рейки, м.
Приклад 1.2.На спеціальні підкладки з дуже низьким коефіцієнтом тертя поклали рейок довжиною 985,50 м при температурі 28ºС. Температура рейки підвищилася до 35ºС. Наскільки змінилася довжина рейки?
Зміна довжини рейки # 8710; L, як вільного стрижня, при зміні його температури може бути визначено за формулою
# 8710; L = # 945; L # 8710; t р,
де # 945; - коефіцієнт лінійного розширення рейкової сталі;
# 8710; t р- зміна температури рейки, ºС,
L- довжина рейки, м.
Таким чином, при зміні температури вільно лежачого рейки довжиною 985,50 м на 7º З його довжина збільшилася на 80 мм. В цьому випадку ніщо не перешкоджало цьому зміни і напружений стан рейки не виникло.
Однак в дорозі рейок лежить на металевих підкладках, прикріплений до кожної шпали потужним проміжним скріпленням, а з сусіднім рейкою з'єднаний стикових скріпленням, тому зміна довжини рейки в реальних умовах не може відбуватися так вільно. Зміна довжини рейкової батоги в залежності від температури описується більш складним законом, що враховує подолання погонних і стикових опорів.
Розглянемо інший крайній випадок. Припустимо, що рейок жорстко закріплений на кінцях і взагалі його довжина постійна.
Зміна температури рейки, яке не може вплинути на його довжину, викликає в ньому температурні напруги, а вони відповідно до закону Гука пропорційні величині не відбувся температурного подовження (укорочення) рейки і протилежні йому по знаку. Іншими словами, якщо рейок при підвищенні його температури не зміг подовжиться, то в ньому виникли температурні напруги стиснення; якщо рейок при зниженні його температури не зміг вкоротити, то в ньому виникли температурні напруги розтягнення.
Температурні напруги, що виникають в рейці, якщо його довжина зберігається при зміні температури відносно нейтральної, можуть бути визначені за формулою
# 963; t = E # 8710; L / L = # 945; E # 8710; tр, (1.3)
# 963; t = E # 8710; L / L = # 945; E # 8710; tр, (1.3)
де E- модуль пружності рейкової сталі, E - 2,1 # 8729; 10 кг / см 2 = 21 # 8729; 10 МПа;
# 8710; L / L- відбулася відносне подовження рейки.
Поздовжня температурна сила, що стискає або розтягує (в залежності від напрямку зміни його температури) рейок, може бути визначена за формулою
де F- площа поперечного перерізу рейки, см ²;
# 945; E = 250 Н / см² # 8729; град.
Сформулюємо одне з основних положень температурної роботи рейок.