Эффективность укладки плетей длиной с блок-участок и перегон
Н.П.ВИНОГОРОВ, В.Я.КЛИМЕНКО, М.В.ПЕРЕГУДОВА
Опыт эксплуатации бесстыкового пути на отечественных и зарубежных железных дорогах выявил не только его высокую технико-экономическую эффективность, но и «слабое» место этой прогрессивной конструкции, каким является уравнительный пролет. В его зоне из-за рельсовых стыков наблюдается более высокое по сравнению со средней частью плети динамическое воздействие подвижного состава на путь, быстрее возникают расстройства, интенсивнее накапливаются остаточные деформации. В итоге происходит повышенный выход из строя рельсов, скреплений, железобетонных шпал, образуются выплески. По исследованиям ВНИИЖТа, МИИТа, НИИЖТа и других организаций, повреждение рельсов на уравнительных пролетах и примыкающих к ним концах плетей в 5—6 раз, а скреплений в 1,5—2 раза выше, чем на таком же протяжении плети, а повреждение железобетонных шпал составляет 50—60 % общего их выхода на бесстыковом пути, несмотря на то, что уравнительные пролеты составляют около 4—6 % всей его длины.
Все это резко увеличивает затраты труда на текущее содержание уравнительных пролетов. По мнению немецких специалистов, на содержание зоны стыков приходится почти 80 % всех затрат на текущее содержание пути. По данным МИИТа, затраты на содержание уравнительных пролетов и примыкающих к ним концов плетей (по 50—70 м) в 4—5 раз больше, чем на содержание того же протяжения средней части плети; по исследованиям НИИЖТа, затраты труда, отнесенные к 1 м пути, на текущее содержание уравнительных пролетов в 3,7 раза, а концевых участков длиной по 100 м в 1,6 раза больше затрат на содержание пути такой же длины в средней части плети. По исследованиям ВНИИЖТа, затраты только на содержание стыков уравнительных пролетов равны 25—40 % общих затрат на текущее содержание бесстыкового пути.
Специалисты ВНИИЖТа предпринимали много попыток усовершенствовать уравнительные пролеты. Так, предложили применить прокладки повышенной упругости под подошвой рельса и подкладкой. Еще один из вариантов уменьшения вертикальной жесткости подрельсового основания — укладка в зонах стыков деревянных шпал вместо железобетонных. В этом случае уменьшаются затраты на выправку стыков и улучшается состояние пути. Кроме того, облегчается устройство изолирующих стыков и увеличивается безотказный срок их службы. Тем не менее такие меры не исключили все недостатки уравнительных пролетов.
Наиболее кардинальная мера — сокращение числа уравнительных пролетов, т.е. увеличение длины плетей. Важность этой меры сомнений не вызывает, если учесть, что средняя длина плети на 01.01.98 на сети дорог составляла лишь 595 м (табл. 1). При увеличении средней длины плети до 1500 м можно уменьшить количество уравнительных пролетов более чем на 60 %, а при увеличении до 5000 м — дополнительно еще на 20—25 %.
Только стремлением избавиться от стыков можно объяснить то, что в свое время на железных дорогах многих стран начали удлинять сварные рельсовые плети. Так, в настоящее время в ФРГ, Венгрии, Югославии, Австрии эксплуатируют плети длиной с перегон, а в США и Японии укладывают плети длиной 1500—2000 м.
На дорогах СССР к созданию плетей большой длины приступили в 1971 г. При этом укладывали, а точнее сваривали уже уложенные «короткие» плети в плети с блок-участок (от 1000 до 2500 м) и более (до 3000—5000 м и даже 17,2 км с сохранением вваренных изолирующих стыков — на Донецкой дороге). Участки с такими плетями появились на Юго-Западной, Южной, Донецкой, Львовской, Белорусской, Куйбышевской и Западно-Сибирской магистралях. К 1981 г. там эксплуатировали 224,5 км бесстыкового пути с плетями длиной с блок-участок и более. В дальнейшем работы, связанные с увеличением длины плетей, практически приостановили и возобновили лишь в 90-х годах. Этому способствовал ряд обстоятельств, в том числе внедрение тональной автоблокировки (АБТ), насыщение сети дорог машинами для закручивания и откручивания гаек клеммных и закладных болтов (ПМГ), путевыми рельсосварочными машинами (ПРСМ), а также создание изолирующих стыков повышенной прочности, обеспечивающих усилия на разрыв 2,0—2,5 МН (250 тс), изготовление средств принудительного ввода плетей в расчетный интервал температур.
В настоящее время бесстыковой путь с плетями длиной с блок-участок и перегон укладывают почти на всех дорогах (табл. 2). На 01.01.98 общая протяженность пути с плетями длиной с блок-участок составила 1442,3 км, а с перегон — 168,04 км. При этом средняя длина плетей в первом случае 1343 м, а во втором — 6722 м. Активно продолжают удлинять плети на Октябрьской, Горьковской, Куйбышевской, Южно-Уральской и Северо-Кавказской дорогах. На остальных приступили к этой работе лишь в 1997 г.
Плети длиной с блок-участок соединяют между собой тремя способами:
уравнительными пролетами в зоне изолирующих стыков (на Московской, Октябрьской, Горьковской и других дорогах — 1426,22 км);
ввариванием высокопрочного изолирующего стыка с полнопрофильными накладками (на Куйбышевской — 10,28 км);
ввариванием высокопрочного изолирующего стыка с метаплокомпозитными накладками (на Октябрьской— 5,80 км).
При тональной автоблокировке плети соединяют сваркой на границе блок-участков. Такой путь устраивают на Московской, Горьковской, Северной, Куйбышевской и Приволжской дорогах, его общая протяженность составляет 168,04 км.
Плети длиной с блок-участок и перегон сваривают после укладки их на подкладки, во время и до укладки. Число сварок меньше, когда плети удлиняют в одно «окно» с укладкой (Горьковская дорога) или при сварке до укладки (Московская, Октябрьская и Забайкальская). На Московской и Октябрьской дорогах плети сваривают в середине колеи с изгибом в горизонтальной плоскости, причем на Октябрьской необходимый запас металла на сварку создают не одноволновым изгибом, а изгибом в виде змейки. Однако в этом случае сложно обеспечивать сжимающие усилия в зоне стыка после сварки. Появление же растягивающих усилий в рельсовой плети после остывания стыка может привести к его разрыву.
Простое решение задачи — создание запаса металла на сварку за счет изгиба плети в вертикальной плоскости, как делают на Забайкальской дороге. Плеть сначала поднимают портальным краном и в процессе сварки опускают. Но в какой-то момент возможно несовпадение скорости опускания плети с необходимой скоростью подачи металла в зону сварки, что может вызвать сбой в технологическом процессе, а соответственно и брак в работе («непро-вар»). Для исключения подобных явлений необходимо на основании начального опыта разработать технологию и дополнительное оборудование для сварки плетей с изгибом в вертикальной плоскости.
Бесстыковой путь с плетями длиной с перегон на Куйбышевской, Московской, Северной и Горьковской дорогах уложили при участии специалистов ВНИИЖТа. После этого сразу же там внедрили систему контроля за подвижками плетей, наладили учет текущих работ. К сожалению, постоянный контроль за работой пути выполняли только в течение первого года, т.е. в год укладки. В результате наблюдений установили, что подвижки плетей относительно маячных шпал не превышали 1—3 мм. Исключение составили несколько участков линии Нижний Новгород—Арзамас Горьковской дороги. Так, на 288—292 и 307—308 километрах рельсошпальную решетку собрали с низкокачественными тарельчатыми шайбами для клеммных болтов. После их замены двухвитковыми шайбами и закрепления пути угон плетей остановили, он не превышал 5—8 мм, поэтому температурный режим не восстанавливали.
Участок в пределах 293—295 км упомянутой линии расположен на затяжном спуске с уклоном 10 %о. Там проверяют тормозные системы поездов. Для предотвращения угона не менее 2—3 раз в году приходится подтягивать гайки клеммных и закладных болтов, тогда как на остальном протяжении достаточно одного раза.
Нельзя не отметить сложности в формировании единой температуры закрепления плети длиной не только с перегон, но и с блок-участок. Например, при укладке летом и осенью пути с плетями длиной с перегон потребовалось разработать специальную технологию (в одно «окно» — укладка, сварка, ввод плетей в расчетный интервал температур). Определенные трудности возникают и при восстановлении температурного режима плети на участках, подверженных угону. Они носят преимущественно технологический характер и могут быть разрешены до массового внедрения новой конструкции.
Следует также сказать, что в процессе эксплуатации бесстыкового пути с плетями длиной с блок-участок и перегон приходится учитывать фактическую температуру закрепления не только всей плети, но и отдельных ее участков, подверженных угону. Последнее касается преимущественно тормозных участков, конца спусков, участков перед переездами и кривыми малого радиуса, играющих роль анкеров. Там, как показал первый опыт эксплуатации, фактическая температура закрепления вследствие угона плетей может отличаться от первоначальной на 15—20°С.
К сожалению, пока что нет данных о выходе из строя рельсов, скреплений, шпал, что объясняется малой наработкой пути. За небольшой срок эксплуатации выполнен большой объем доводочных работ; в частности, на линии Нижний Новгород—Арзамас почти 3 года заменяли тарельчатые и плоские шайбы на двухвитковые, а на перегоне Асеевская—-Чаадаев-ка (четный путь) Куйбышевской дороги в течение первых трех лет заменяли низкокачественные железобетонные шпалы. Все это не позволило собрать в первый период эксплуатации исчерпывающие данные об эффективности бесстыкового пути с плетями длиной с перегон и блок-участок. Тем не менее с помощью дорог некоторые сведения все же получили. Так, материалы, которые предоставили Северная, Московская, Октябрьская, Куйбышевская и Горьковская дороги, свидетельствуют, что затраты труда на содержание такого пути меньше на 10—20 %, чем при плетях обычной длины.
На основании исследований выполнили расчет годового экономического эффекта от укладки плетей длиной более 950 м. В соответствии с ним эффект от укладки плетей длиной 1500 м составляет около 2 тыс. руб. на 1 км пути в год. При существующем приросте полигона бесстыкового пути с плетями длиной с блок-участок и перегон — примерно 500 км в год — эксплуатационные расходы в 2000 г. могут уменьшиться на 5,8 млн. руб. в год, а при укладке 1,5 тыс. км такого пути в год затраты на эксплуатацию уже в 2005 г. могут снизиться на 20,8 млн. руб. Такие объемы увеличения длины плетей вполне реальны, учитывая, что в настоящее время на сети дорог уже эксплуатируются 54 рельсосварочные машины ПРСМ.
Выводы и предложения
Бесстыковой путь с плетями длиной с блок-участок и перегон эффективнее пути с плетями длиной 800 м и уравнительными пролетами. Выявлены особенности новой конструкции:
повышенная вероятность возникновения дополнительных продольных сил от угона;
сложность формирования единой температуры закрепления по длине плети;
сложность разрядки температурных напряжений без разрезки на более короткие плети (до 800 м);
необходимость учета температуры закрепления отдельных участков плети при планировании текущих и ремонтных работ.
Эти особенности вполне можно учесть, поэтому целесообразно расширить объем внедрения новой конструкции. Для этого необходимо:
расширить полигон устройства тональной автоблокировки (АБТ), позволяющей ликвидировать изолирующие стыки;
увеличить объем изготовления и поставки на дороги высокопрочных изолирующих стыков с металлокомпозитными накладками;
ускорить создание автоматизированной системы контроля за температурно-напряженным состоянием плетей;
ускорить разработку и внедрение оптимальной технологии сварки, укладки и ввода в расчетный интервал температур плетей длиной с перегон;
разработать и внедрить на сети дорог систему ведения путевого хозяйства на участках бесстыкового пути с плетями длиной с блок-участок и перегон;
выполнить более детальные исследования технико-экономической эффективности новой конструкции;
составить долгосрочную программу внедрения бесстыкового пути с плетями длиной с перегон, согласовать ее с дорогами и утвердить в Департаменте пути и сооружений МПС;
ввести в отчетность МПС данные об укладке на дорогах бесстыкового пути с плетями длиной с блок-участок и перегон.
