Admin

Как накапливаются неисправности и расстройства бесстыкового пути

Неисправности и повреждения бесстыкового пути возникают в процессе взаимодействия подвижного состава и пути на фоне различных климатических факторов: температуры и влажности воздуха, числа дней с отрицательной температурой, расчетных максимальных, минимальных и фактических температур воздуха и т.п.

Изучение этих процессов связано с использованием различных данных о пути и конструкциях и устройстве подвижного состава.

Железнодорожные экипажи (локомотивы и вагоны) состоят из не подрессоренной и обрессоренной частей. Массу ходовых частей подвижного состава, непосредственно взаимодействующую с рельсами и отделенную от остальной части экипажа рессорами (упругими связями), называют неподрессоренной массой; остальную часть экипажа — обрессоренной массой. Обе эти части при движении экипажей совершают сложные перемещения (колебания) во всех направлениях как относительно пути, так и по отношению одна к другой.

Колебания вызываются многими причинами. Главной причиной являются неровности пути самых различных форм и размеров, а также неровности на колесах экипажей. Колебания экипажей связаны также с режимом тяги, ее силой и сопротивлением движению поездов.

Виды и размах колебаний подвижного состава, их нарастание или затухание зависят от конструктивных особенностей подвижного состава и пути. Различают следующие виды колебаний подвижного состава, которые могут вызывать сложные пространственные перемещения локомотивов и вагонов: поперечная (боковая) качка — над-рессорное строение вращается вокруг продольной оси экипажа; подпрыгивание — надрессорное строение перемещается вверх и вниз; продольная качка (галопирование) — надрессорное строение вращается относительно поперечной оси, проходящей через центр тяжести экипажа; подергивание — весь экипаж испытывает колебания вдоль пути; боковой относ — весь экипаж смещается поперек пути; виляние — весь экипаж (или его отдельные колесные пары) периодически смещается поперек пути.

Неподрессоренные массы также совершают колебания в вертикальной плоскости, особенно в местах вертикальных неровностей на рельсах. Часто возникают и горизонтальные колебания этих масс (при боковом относе, вилянии).

Взаимодействие пути и подвижного состава предопределяется также динамическими и геометрическими характеристиками пути и подвижного состава. Колеса подвижного состава передают на путь следующие вертикальные силы: весовую составляющую экипажа; силы, возникающие при колебаниях надрессорного строения; силы инерции неподрессоренных масс, вызванные их колебаниями из-за неровностей в пути и на колесах, а также из-за возвышения наружного рельса в кривых и действия горизонтальных поперечных сил.

К числу горизонтальных поперечных сил, направленных перпендикулярно оси пути и возникающих по поверхности катания колеса по рельсу и между гребнями колес и боковой поверхности головок рельсов, относят: направляющее усилие, передаваемое гребнем колеса рельсу; поперечную силу, действующую по поверхности катания рельса по рельсу и вызванную их взаимным проскальзыванием. K числу горизонтальных продольных сил в рельсах, возникающих при движении по пути подвижного состава, относят также силы угона и торможения. На фоне совместного действия эксплуатационных, климатических, погодных и т.п. факторов с течением времени состояние пути ухудшается.

В бесстыковом пути наряду с упругими деформациями, исчезающими после снятия нагрузки, появляются и постепенно накапливаются остаточные деформации. Эти деформации проявляются как в виде износа элементов железнодорожного пути, так и в виде искажений очертаний рельсовых нитей: просадок, перекосов и т.п.

С каждым проходящим по пути колесом подвижного состава усиливается как процесс старения пути и изменения положения рельсовых нитей, так и интенсивность этого процесса. Упругие деформации после снятия нагрузки (после прохода поезда) исчезают. Под давлением колеса рельс прогнется, но после прохода колеса он примет прежнее положение. Другая часть деформаций — остаточные — при снятии нагрузки полностью не исчезают. Например, смятие концов рельсов не исчезает, а наоборот, постепенно накапливается. Увеличивается также износ и по длине рельсов. Таким образом, остаточные деформации элементов верхнего строения пути постепенно накапливаются под воздействием движущихся колес. Интенсивность нарастания остаточных деформаций определяется грузонапряженностью линии и скоростями движения поездов.

Вместе с рельсами напряженно работают промежуточные и стыковые скрепления, шпалы, балластный слой, стрелочные переводы, земляное полотно. Остаточные деформации пути малы по сравнению с другими деформациями. Однако, постепенно накапливаясь, они достигают значительных величин. Например, рельсы упруго изгибаются. Те же нагрузки, которые вызывают этот прогиб, приводят к остаточным деформациям (к износу, расплющиванию рельсов). Шпалы упруго проседают в балласте и изгибаются. Их поверхность под подкладками постепенно сминается. Балластный слой под давлением шпал тоже упруго сжимается. Одновременно из-за взаимного перемещения частиц балласта, а также их дробления происходят и остаточные деформации балластного слоя.

Осадки пути неодинаковы под разными шпалами. Это приводит к образованию неровностей на пути: перекосов, просадок, потайных толчков, выплесков под шпалами. Можно сказать, что остаточные деформации балласта являются главной причиной всех видов расстройств пути. Накоплению их способствует вибрационный характер воздействия на путь движущихся поездов.

Совокупность передаваемых на путь сил приводит к появлению расстройств и неисправностей пути.

Следствием, например, разработки отверстий на звеньевом пути с деревянными шпалами является уширение или сужение колеи. При железобетонных шпалах ширина колеи может изменяться из-за бокового износа рельсов, люфтов между подошвой рельса и подкладками, износа амортизирующих и изолирующих элементов.

Отклонениярельсовых нитей по уровню от номинальных значений возникают из-за неодинакового уплотнения балласта под шпалами, неодинаковых размеров шпал, разной интенсивности износа элементов верхнего строения пути, угона пути, деформаций основной площадки земляного полотна и т.п. Определенное влияние на появление неисправностей пути по уровню и в профиле оказывает неравномерное расположение шпал в пути.

Появление неровностей в плане связано с воздействием на путь горизонтальных поперечных сил. Существенное влияние на образование неровностей рельсовых нитей оказывает состояние земляного полотна. Наиболее распространенными видами деформаций земляного полотна являются деформации основной площадки — балластные корыта, гнезда, мешки, балластные ложа, пучины. Главными причинами возникновения большей части этих деформаций являются недостаточные мощность рельсов, эпюра шпал, толщина и загрязненность балластного слоя, несущая способность основной площадки, а также неисправность водоотводных и водопропускных сооружений.

Волнообразный износ рельсов возникает из-за неравномерности твердости металла на глубине и длине рельса, а также остаточных напряжений в его головке, из-за дефектов технологии изготовления рельсов при прокате и холодной правке рельсов. Эффективным средством устранения волнообразных неровностей и предотвращения их интенсивного роста являются периодические шлифовки рабочих поверхностей рельсов.

При ослаблении прикрепления рельсов к шпалам и скреплении между собой в промежуточных и стыковых скреплениях, при слабо уплотненном балласте и недостаточных размерах балластной призмы происходит угон пути в результате накопления продольных перемещений рельсов по шпалам или всей путевой решетки в балласте.

Потайные толчки, т.е. просветы между нижней постелью шпал и балластом, являются причиной образования выплесков. Под воздействием колес подвижного состава шпалы совершают возвратно-поступательные перемещения. При движении шпалы вверх пылевидные частицы «засасываются» под нее, а при движении шпалы вниз — нагнетаются в окружающий шпалу балласт. Под действием такого «насоса» балласт вокруг шпалы загрязняется и теряет дренирующие качества. В период дождей вода «разжижает» загрязненный балласт, который под воздействием колес выдавливается на поверхность балластной призмы.

В зимний период на пути образуются пучины — неравномерные отклонения рельсовых нитей, связанные с замерзанием влажных грунтов (глин, суглинков, супесей, мелких пылеватых песков). Процессу образования пучин способствует наличие в теле земляного полотна балластных лож, мешков, карманов, корыт, а также сильное загрязнение балластного слоя. Пучины делятся на грунтовые и балластные в зависимости от расположения образующего пучины слоя.

Многообразие и вероятностный характер воздействия всех факторов на железнодорожный путь приводят к тому, что определенная конструкция пути при одном и том же пропущенном тоннаже в разных условиях имеет различное фактическое техническое состояние.