Admin

Сферы применения изолирующих стыков

Э. В. ВОРОБЬЁВ, профессор, И. Ф. КОВАЛЕВ, доцент

Одна из главнейших составляющих Положения о новой системе ведения путевого хозяйства — использование прогрессивных конструкций верхнего строения с учетом рациональных сфер их применения. К их числу, безусловно, относится и конструкция изолирующих стыков на линиях с автоблокировкой.

Из всех нарушений в работе рельсовых цепей более половины приходится на отказы изолирующих стыков. На их надежность и срок службы, равно как и других элементов' верхнего строения, влияют совершенство конструкции, качество ее изготовления, текущее содержание и условия эксплуатации. Однако главным из этих факторов является, конечно, конструкция. Именно она определяет количество деталей стыка, надежность каждой из них, технологичность изготовления и качество монтажа. От конструкции и условий ее работы зависят затраты на монтаж и содержание: переборка и замена изолирующих деталей в сборных стыках или замена рельсов с клееболтовыми стыками, выправка пути с подбивкой шпал, подтягивание гаек стыковых болтов, усиление закрепления пути от угона, снятие смятого металла на поверхности катания головки рельсов.

Основные параметры стыков — диэлектрическое сопротивление Q, стыковое сопротивление продольным силам Rст, изгибная жесткость, иначе деформативность стыка под поездами, характеризуемая коэффициентом жесткости у, степень ударного воздействия колес подвижного состава а, прежде всего на принимающий конец рельса, при прохождении стыка как динамической неровности.

Омическое сопротивление конструкции определяется диэлекгричностью изолирующих деталей (их материалов). Используемые в настоящее время такие материалы, как полиэтилен, полимеры, стеклопластики могут служить в изолирующих стыках до разрушения из-за пробоя боковых прокладок или смятия и выкрашивания торцовых. Исключение составляет фибра, которая вследствие гигроскопичности и малой прочности (по существу это прессованная бумага, пропитанная хлористым цинком), изменяет свои свойства даже до разрушения.


Стыковое сопротивление продольным силам противостоит воздействию температурных сил, возникающих в рельсах, потому препятствует выдавливанию торцовой изоляции летом и смятию (пробою) изоляции на болтах зимой. Кроме того, Rст в немалой степени влияет на общую изгиб-ную жесткость стыка и стабильность стыкового зазора.

Величина колеблется в широких пределах и в свою очередь зависит от длины и конфигурации накладок, усилия затяжки стыковых болтов, коэффициента трения изолирующих материалов и площади контакта с рельсами, наконец, в клееболтовых стыках — от прочности клея и технологии склеивания, определяющей качество таких стыков в целом.

Коэффициент у характеризует степень солидарной работы рельсов и накладок под действием изгибающих вертикальных сил и зависит от характера передачи давлений колес через рельсы на накладки, т. е. от состояния стыка в целом и подрельсового основания в стыковой зоне. При хорошо подбитых стыковых и предстыковых шпалах, достаточной затяжки болтов прогиб стыка сопоставим с прогибом целого рельса, и величина у близка к нулю. В «разбитых» стыках со слабо затянутыми болтами (тем более на выплесках), при образовании ступеньки принимающим концом рельсы практически работают без «помощи» накладок с резкими ударами колес. В этом случае значение у стремится к бесконечности.

По величине а можно предсказывать работоспособность прежде всего боковой изоляции принимающего рельса. Чем меньше удар в стыке, тем меньше а, и, значит, изоляция работает в более благоприятных условиях. По значениям у и а можно, кроме того, прогнозировать интенсивность накопления остаточных деформаций в зоне стыка, и, следовательно, периодичность и объемы вы-правочно-подбивочных работ.

Параметры Rст, у и а взаимосвязаны: чем больше Rст, тем меньше у и а, тем слабее удары в стыке, лучше его общая стабильность и работоспособность изоляции.

Применяемые изолирующие стыки делятся на два типа — механические сборные и клееболтовые. Основа тех и других — накладки и диэлектрические детали. В настоящее время используют четыре вида накладок:

металлические объемлющие в сборном изолирующем стыке с полиэтиленовой или фибровой изоляцией (они уже не выпускаются, но до сих пор наиболее распространены);

металлические двухголовые шестидырные, строганные (фрезерованные) по верхней и нижней поверхностям на 3 мм для размещения стеклопластиковой изоляции в клееболтовых стыках, а также использования в сборных стыках с различными изолирующими материалами;

металлические специального профиля, полностью заполняющие пазухи рельсов (полнопрофильные) для клееболтовых и сборных стыков;

полимерные полнопрофильные для сборных стыков. Проанализируем конструкции стыков всех четырех видов по основным двум параметрам (см. таблицу) — стыковому сопротивлению Rст и деформации изгиба Y:

У =f(Y), a =f(Y).

О достоинствах сборного изолирующего стыка с объемлющими накладками и фибровой или полиэтиленовой изоляцией говорить сложно. Конструкция накладок морально устарела, ненадежна. Срок службы изоляции из-за малой прочности фибры и полиэтилена и низкой изгиб-ной жесткости — не более 20—50 млн. т груза. Хорошо затянуть стыковые болты невозможно из-за опасности разрушения изоляции при сборе стыка. Отсюда, как следствие, низкое стыковое сопротивление, равное 100 кН (10 тс), не солидарная работа накладок и рельсов, ударный эффект «молота и наковальни», быстрое разрушение боковой изоляции под рельсами и смятие торцовой, повышенные расходы на подбивочные работы. Эти стыки надо заменять на более современные, в том числе на станционных путях.

Стыки с двухголовыми накладками начали внедрять примерно 25 лет назад. Использование в них двухголовых накладок, фрезерованных из стандартных, в значительной мере было вынужденным из-за большой сложности в организации проката полнопрофильных. Вместе с тем в клееболтовом стыке даже с двухголовыми Накладками за счет исключения всевозможных люфтов между деталями благодаря применению эластичной стеклоткани, пропитанной клеем, хорошей затяжки болтов и большим силам сцепления (склеивания) создается близкое к «монолитному» соединение накладок с рельсами, способное воспринимать продольные кратковременные силы Яст до 1200 кН. В результате в таком соединении более равномерно включаются в работу на изгиб накладки и рельсы, на 20—25% снижается коэффициент у даже по сравнению с новым, хорошо затянутым неизолирующим стыком с двухголовыми накладками. Все это улучшает условия прохождения колес без взаимной «игры» рельсовых концов и накладок, снижает динамические воздействия (а), увеличивает работоспособность изолирующего слоя в среднем до 300 млн. т брутто.

Наряду с преимуществами первых клееболтовых стыков перед типовыми с объемлющими накладками имеются и недостатки. Так, из-за отсутствия накладок специального профиля необходимо фрезеровать типовые двухголовые накладки до нужных размеров, что при дефиците металлообрабатывающего оборудования и твердосплавного инструмента снижает производительность, а главное не обеспечивает должного качества и нужных сопряжений на накладках по форме верхней и нижней выкружки пазухи рельса.

При разрушении боковой стеклотканевой изоляции требуется заменять стык новым вместе со склееными рельсами либо на месте клееболтового стыка оборудовать изолирующий сборный с типовой изоляцией.

В связи с этим для дальнейшего внедрения клееболтовых стыков необходимы накладки специального профиля, полностью заполняющие пазухи рельсов, обеспечивающие приклеивание на увеличенной площади контакта. Ясно, что тогда будут исключены дополнительные операции по заготовке накладок, станет проще технология изготовления, а главное повысятся качество конструкции, ее надежность.

Начальное сопротивление клееболтового стыка с полнопрофильными металлическими накладками продольным силам около 3000 кН (300 тс). Такие стыки способны служить в пути от обновления (капитального ремонта) до сплошной замены рельсов. Высокое позволяет использовать их (что подтверждается практикой) в бесстыковом пути для непосредственного соединения плетей в зоне светофоров без уравнительных рельсов. В этом случае решается одна из важных задач, определенных Положением о новой системе ведения путевого хозяйства, — внедрение плетей длиной с блок-участок (перегон) и сведение до минимума количества уравнительных пролетов, а значит, вырастет эффективность бесстыкового пути.

В звеньевом пути и в уравнительных пролетах бесстыкового при нехватке клееболтовых стыков с полнопрофильными накладками применяют два варианта изолирующих накладок для сборных стыков: металлические полнопрофильные, обклеенные стеклотканевой изоляцией (по технологии изготовления клееболтовых стыков), и полимерные полнопрофильные.

Первый вариант сочетает в себе преимущества, касающиеся изгибной жесткости изолирующих накладок, достаточную прочность стеклопластиковой изоляции, возможности применения высокопрочных стыковых болтов и соответственно высокий уровень крутящего момента их затяжки (до 110—130 кН-м), отличается, равно как и второй вариант, простотой сборки стыка. Сопротивление стыка с изолирующими металлическими накладками около 300 кН (30 тс), деформативность по изгибу, естественно, сопоставима с аналогичным параметром стыков с металлическими накладками.

Как показывает опыт эксплуатации названных стыков в звеньевом пути на Юго-Восточной дороге, на Курском отделении Московской и в сложных условиях Железногорского ГОК, они весьма работоспособны, длительно сохраняют свои первоначальные характеристики. Их можно уверенно рекомендовать для широкого применения в звеньевом пути.

Выпуск упомянутой конструкции изолирующих накладок хорошего качества освоен в 1994 г. заводом «Строй-гехмаш» (г. Железногорск Курской обл.). Комплект поставки включает в себя металлические полнопрофильные накладки, обклеенные стеклотканью (2 шт.), обыкновенные изолированные или высокопрочные болты с гайками и шайбами, торцовую изоляцию повышенной прочности из стеклотекстолита (2 шт. по 3 мм). Кроме того, завод изготавливает по той же технологии отдельно комплекты только стеклопластиковой боковой изоляции для сборных стыков с металлическими накладками и поставляет их вместе с торцовой. Металлические полнопрофильные накладки завод получает с комбината «Азовсталь» и может выпускать также клееболтовые стыки с такими накладками, но для этого ему требуется соответствующая помощь заказчиков (дорог) в снабжении рельсами и предварительной оплате накладок.

У изолирующих стыков с полимерными полнопрофильными накладками (изготовитель накладок НПП «АпаТэк», г. Жуковский Московской обл.) стыковое сопротивление = 70 кН (7 тс) и деформативность при изгибе в 6 раз больше, чем у стыков с металлическими накладками. По нашему мнению, эти стыки в первую очередь подходят для станционных путей. Высокие диэлектрические свойства полимерных накладок вряд ли перекроют их недостаток — низкую изгибную жесткость, которая может быть причиной образования стыковой неровности повышенной глубины, и соответственно динамических ударных воздействий на рельсы и т. д.

Выводы

От стыков с объемлющими накладками с фибровой и полиэтиленовой изоляцией постепенно необходимо отказываться и переходить на сборные с полнопрофильными металлическими или полимерными накладками и на клееболтовые усиленной конструкции. Сферы их применения рекомендуются такие:

клееболтовые стыки с полнопрофильными накладками — прежде всего бесстыковой путь магистральных линий, в том числе для соединения рельсовых плетей без уравнительных пролетов в зоне светофоров;

сборные стыки с изолирующими металлическими накладками, обклеенными степлопластиковой изоляцией — звеньевой путь и уравнительные пролеты бесстыкового пути (шестидырные накладки);

стыки с полимерными накладками — станционные пути.

Конечно, переход на предложенную в определенной мере унификацию сфер укладки изолирующих стыков в условиях нехватки средств потребует времени, но его надо ускорять, чтобы улучшить надежность работы рельсовых цепей и безопасность движения поездов, сберечь ресурсы и снизить расходы на содержание. Производственники могут сами оценить, сколько средств ежегодно уходит на закупку обычных изолирующих комплектов из фибры и полиэтилена, на частую переборку и замену стыков с ними, на подбивку пути в стыковой зоне и в уравнительных пролетах в зоне светофоров. Описанные конструкции изолирующих стыков дороже, но значительно долговечнее, а это и определяет их конечные преимущества в повышении надежности пути в целом.

__________________
Телеграм-канал ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНИК

Если у вас возникли вопросы по работе сайте - пишите на почту admin@scbist.com

СЦБот

Эта тема была перенесена из раздела Журнал "Путь и путевое хозяйство".

Перенес: Admin