[08-2010] Оценка методов снижения деформативности подшпального основания

[Admin]

Оценка методов снижения деформативности подшпального основания

Л.В. ЗАМУХОВСКИЙ, А.В. ГРЕЧАНИК, А.П. ШМАКОВ

Сеть железных дорог — ключевой транспортный элемент национальной логистической инфраструктуры России. Стратегическими направлениями технического развития ОАО «Российские железные дороги» на период до 2015 г. предусмотрены следующие приоритетные задачи:

увеличение среднего веса грузового поезда на 6 %; повышение средней участковой скорости грузовых поездов на 10 %, маршрутной скорости пассажирских (на основных направлениях) на 12—15 %;

переход к малообслуживаемым конструкциям инфраструктуры;

сокращение удельных затрат на обслуживание инфраструктуры на 25—30 %;

увеличение наработки систем инфраструктуры на 30-40 %.

По инициативе ОАО «РЖД» в МИИТе на кафедре «Путь и путевое хозяйство» выполнены исследования, направленные на разработку технических решений по снижению деформативности подшпального основания на маршрутах обращения поездов повышенной массы и длины. Их осуществляли на полигоне Большого московского окружного кольца на участке от станции Александров до станции Бекасово-Сортировочное.

Места проведения эксплуатационных наблюдений и инструментального обследования выбирали, исходя из условий отступлений от норм содержания геометрии рельсовой колеи (ГРК) по критериям среднеквадратического отклонения (СКО) и скользящего среднеквадратического отклонения (ССКО), приведенных в Технологическом регламенте диагностики и режимных наблюдений объектов земляного полотна для постоянной эксплуатации.

В качестве опытных рассматривали участки с превышением СКО и ССКО нагруженных профилей, полученных обработкой данных путеизмерительных вагонов КВЛП 2.0. Контрольные участки находились в аналогичных условиях, имели такую же конструкцию верхнего строения пути, на них не наблюдались превышения СКО и ССКО, а также отступления в ГРК в 2006—2007 гг.

По результатам эксплуатационных испытаний сделаны следующие выводы:

у 2,6 % колес грузовых составов на линии Воскре-сенск—Бекасово отмечено превышение расчетной средней силы;

превышения расчетной (максимально вероятной) динамической силы, передаваемой от колеса на рельс не зафиксировано;

на опытных участках превышение расчетной средней силы наблюдалось при прохождении 7,7 %, на контрольных — 4,6 % колес;

при наблюдениях максимальные кромочные напряжения в подошве рельса составили 57,1 МПа (максимально вероятные 61,7 МПа). Статистическая зависимость кромочных напряжений от состояния ГРК не выявлена;

48 % значений измеренных давлений на основной площадке земляного полотна (ОПЗП) на всех участках меньше или равны оценочному критерию (0,08 МПа), 52 % превышают его;
вне стыков (на ровных рельсах) 52 % значений давлений меньше или равны оценочному критерию, у 48 % он превышен, максимальное измеренное давление 0,26 МПа;

в сварных стыках давление на ОПЗП не превышает значений, полученных для ровных рельсов;

в механических стыках 30 % значений давления меньше или равны оценочному критерию, 70 % превышают его. При этом максимальное давление составляет 0,30 МПа;

на опытных участках при прохождении 64 % колес появляется давление на ОПЗП выше оценочного критерия. Максимальные зафиксированные давления (0,30 МПа) от отдельных колес возникают в зоне механических стыков;

на контрольных участках 18 % колес создают давление на ОПЗП выше оценочного критерия;

при скорости 40 км/ч и более количество колес, создающих давление на ОПЗП выше оценочного критерия, возрастает. При этом расчетные давления на ОПЗП в соответствии с Методикой оценки воздействия подвижного состава на путь по условиям обеспечения надежности (ЦПТ-52-14) превышают оценочный крите рий при скорости 44 км/ч для вагонов с тележками ЦНИИ-ХЗ и статической нагрузке на колесо 115 кН.

Чтобы показать роль балластного слоя в работе пути, выполнили математическое моделирование интенсивности развития относительных остаточных осадок в зависимости от осевых нагрузок (за единицу приняли осадку при нагрузке на ось 17 тс) по разработанной на кафедре «Путь и путевое хозяйство» программе расчета напряженно-деформированного состояния пути с учетом осадочности основания при проходе одиночной нагрузки и колебаний кузова. За основу приняли рекомендуемый в настоящее время модуль упругости пути 100 МПа и скорость движения 80 км/ч.

Зависимость интенсивности осадок балласта от осевых нагрузок (рис. 1) носит резко нелинейный характер, изменение нагрузки менее чем в 2 раза приводит к увеличению осадки на порядок, что говорит о том, насколько чувствителен балластный слой к росту осевых нагрузок. Далее были рассмотрены некоторые возможные варианты усиления балластной призмы с точки зрения снижения ее осадочности, а также усиление основной площадки земляного полотна как элемента с наиболее ограниченным ресурсом несущей способности.

Интенсивность относительных осадок для разных эпюр шпал, полученная при моделировании,, представлена на рис. 2,а. В расчетах принято, что жесткость основания увеличивается пропорционально эгпоре, которая меняется от стандартной (1840 шт/км) до максимально возможной по условиям подбивки шпал (2400 шт/км). Из рисунка видно, что увеличение эпюры примерно на 10, 20 и 30 % позволяет снизить осадочность пути в 1,6, 3 и 5 раз соответственно. Расчетами установлено, что данное решение не привело к снижению напряжений на ОПЗП.

Увеличение опорной площади шпалы эквивалентно изменению эпюры шпал, о чем свидетельствуют результаты исследований (рис. 2,6), выполненных при разных площадях опирания при эпюре 1840 шт/км. Это же относится и к напряжениям на ОПЗП.

Зависимость интенсивности осадок от модуля упругости подрельсового основания показана на рис. 3. Нагрузка на ось принята 27 тс, скорость 80 км/ч. Снижение жесткости пути до уровня, приближающегося к жесткости пути с деревянными шпалами, позволяет резко снизить интенсивность роста осадок. Такое влияние модуля упругости связано с общеизвестным явлением — изменением распределяющей способности балки на упругом основании. Но статический эффект при этом дополняется увеличением виброгашения.

В последние годы специалисты железных дорог Германии проверяли возможность снижения жесткости пути укладкой упругого полимера под подошву шпалы. Исследования показали, что интервалы между подбив-ками увеличились в 3—4 раза.

В 2009 г. под шпальные прокладки уложили на 332 км Жилевской дистанции пути Московской дороги. На этом участке в 2008 г. проводили инструментальные наблюдения, и он не входит в план капитального ремонта в 2009—2010 гг. Укладку подшпальных прокладок Sylomer выполнили в механическом (марка прокладки SLB 3007) и в сварном стыках (марка прокладки SLN 1010).

Средние и среднеквадратические значения (СКЗ) давлений на ОПЗП, полученные до и после установки подшпальных прокладок, представлены в таблице. В ней приведены скорректированные величины давления на ОПЗП с учетом роста СКЗ нагрузки на колесо и снижение давления на ОПЗП после укладки подшпальных прокладок. Из таблицы видно, что в механическом стыке давление снизилось более чем на 5 %. а в сварном и на участке без стыков — более чем на 16 %. Сравнение данных путеизмерительного вагона показало уменьшение просадок (рис. 4,а) и их ССКО (рис. 4,6).

В заключение надо отметить, что результаты исследований позволяют ожидать существенного снижения интенсивности накопления остаточных деформаций подшпального основания.

[СЦБот]

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

Перенес: Admin