Тарельчатые шайбы в метро
В. Л. ГРИГОРЬЕВ, Л. И. БРЯТОВА, кандидаты техн. наук, С. Л. САВАНОВ, главный инженер службы пути
В условиях метрополитена из-за значительных тяговых токов и вибраций стык находится в особо неблагоприятных условиях. От его состояния зависят потери электрической энергии в тяговой сети и надежность рельсовых цепей.
Куйбышевский институт инженеров железнодорожного транспорта совместно со службой пути Московского метрополитена разработали конструкцию рельсового стыка с тарельчатыми пружинными шайбами. В новой конструкции достигнут надежный контакт накладок с рельсами, в зоне стыка снижены динамические воздействия от колес подвижного состава.
В мае прошлого года были заложены опытный и контрольный участки на линии «Киевская-Смолен-ская» Московского метро. На опытном участке в стыках использованы тарельчатые шайбы без приварных электросоединителей и графитовой смазки в зоне контакта «накладка — рельс». На контрольном участке применены шайбы Гровера, приварные соединители и графитовая смазка. Везде болты были затянуты с усилием до 40 кН.
В ходе эксплуатации с мая по ноябрь прошлого года ежемесячно следили за натяжением болтов и электросопротивлением стыков на участках. Анализ результатов наблюдений показал, что на опытном участке величина усилия затяжки болтов к концу исследований была не менее 20 кН, при этом болты ни разу не подтягивались. В то же время на контрольном участке оказались ослаблены полностью 2,1 % болтов, а у 14,6 % усилие затяжки уменьшилось до 20 кН и менее. Кроме того, для обеспечения надежности стыка приходилось почти ежемесячно подтягивать 5 % болтов.
Чтобы определить, как снижается усилие натяжения болтов на контрольном и опытном участках и прогнозировать периодичность подтягивания болтов, провели статистический анализ результатов измерений. Были определены на каждый момент измерений средние величины усилий натяжения болтов и построены графики изменения их средних значений в функции времени (см. рисунок). Ломаная линия 1—2—3—4—5—6 представляет собой экспериментальную зависимость среднего значения усилия натяжения болтов от времени на опытном участке, а ломаная линия I—2'—3'—4'—
5'—б' — на контрольном при условии, что на нем болты не подтягивали. На обоих участках в ряде случаев возросли средние значения усилий натяжения болтов по сравнению с предыдущими измерениями. Это объясняется, во-первых, погрешностью измерений, во-вторых, коррозией резьбового соединения.
Обе линии I—2—3—4- 5—6 и I—2'—3'—4'—5'—б' аппроксимировали линейными зависимостями. Уравнения регрессии для опытного участка определены в виде у — 38,27— 0,0033f (t — время) и для контрольного — */ = 33,78 — 0,0439^ и получены методом наименьших квадратов, а рассчитаны на ЭВМ «Искра-226».
Используя полученные уравнения регрессии, построены графики изменения среднего значения усилия натяжения болтов в функции времени для опытного (прямая 7—8) и контрольного (прямая 7'—8') участков.
С помощью полученных уравнений оценена механическая прочность стыков с тарельчатыми и типовыми шайбами, а также определена периодичность подтягивания болтов. Если принять, что их необходимо подтягивать при средней величине усилия натяжения, равной 20 кН, то при использовании тарельчатых шайб это можно делать через 180 мес (15 лет), т. е. между капитальными ремонтами. Но учитывая непродолжительный период эксплуатации опытного участка с тарельчатыми шайбами, в целях обеспечения надежности стыков, сплошь подтягивать гайки болтов следует два раза в год, а не ежемесячно.
Прочность стыков с типовыми шайбами, определенная из уравнения регрессии, составляет 10 мес (в 18 раз меньше, чем с тарельчатыми шайбами). Эту величину можно было бы и принять за основу, если бы на контрольном участке не подтягивали ежемесячно некоторые болты. Поскольку это делали, то сплошь подтягивать болты с типовыми шайбами необходимо не через 10 мес, а ежемесячно, как этого требует инструкция.
Испытания показали, что электрическое сопротивление стыков с тарельчатыми шайбами за счет плотного прижатия накладки к рельсу и притирки контактирующих поверхностей при прохождении в зоне стыка подвижного состава значительно меньше нормативного значения. Кроме того, средняя величина электросопротивления стыков с тарельчатыми шайбами в 2 раза меньше средней величины электросопротивления стыков с типовыми шайбами и приваренными соединителями. Асимметрия тягового тока на опытном участке с тарельчатыми шайбами не превышала нормы.
Таким образом, применение тарельчатых пружин в метрополитенах позволит, во-первых, снизить периодичность подтягивания болтов, во-вторых, отказаться от применения приварных соединителей и графитной смазки.
Годовой экономический эффект от внедрения тарельчатых шайб в Московском метрополитене составит 241 руб/км за счет снижения затрат на текущее содержание пути и снижения потерь электроэнергии.
