[03-2012] Механизм потери устойчивости бесстыкового пути

[Admin]

Механизм потери устойчивости бесстыкового пути

В последние годы полигон бесстыкового пути ежегодно увеличивается приблизительно на 3 тыс. км в год, и его протяженность составляет уже около 65 % длины главных магистралей страны.

Быстрый процесс замены звеньевого пути на бесстыковой объясняется его преимуществами: уменьшается сопротивление движению поездов, увеличивается срок службы рельсов и шпал, сокращаются текущие затраты на ремонт, повышается комфорт для пассажиров.

Достоинства бесстыкового пути очевидны. Однако имеются очень важные особенности в поведении рельсовой плети при повышении температуры. Возникающие продольные силы могут достигать 160 тс. С учетом того, что рельсошпальная решетка имеет два рельса, суммарное значение возрастает до 320 тс.

Чтобы обеспечить устойчивость бесстыкового пути необходимо исключить угон рельсовых плетей и сдвиг шпал в балласте. Для выполнения первого из этих условий нужно обеспечить, как хорошо известно, силу прижатия рельса к одной шпале не менее 2 тс, что соответствует погонному сопротивлению, создаваемому скреплениями равному 2,5 тс/м. При смерзшемся балласте, зимой, это является определяющим фактором, и устойчивость пути гарантирована: и рельсы, и шпалы надежно зафиксированы. Но с мая по декабрь лимитирующий фактор — погонное сопротивление смещению шпал в балласте. Это усилие при слежавшемся балласте обычно составляет 1,3 тс/м. В рыхлом слое усилие сдвига снижается до совсем небольшой величины и составляет приблизительно 0,7 тс. Если учесть, что к продольным сжимающим рельсы температурным силам Рт = 320 тс может добавиться усилие от экстренного торможения поезда величиной до 70 тс, то очевидна высокая опасность выброса пути при такой слабой устойчивости шпал в балласте. Увеличивает вероятность сдвига рельсовых опор и боковая сила от колесных пар, достигающая на прямых участках пути значений 6 тс, а в кривых 16 тс.

Исследования показали, что выброс обычно происходит перед поездом, ближе к его хвостовой части или сразу после прохода состава.

По мнению автора, неисследованным и неучтенным пока фактором, существенно влияющим на вероятность потери устойчивости рельсошпальной решетки, является изгиб рельса катящимися колесами поезда. Это приводит к перепаду высот между шпалой, у которой в данный момент времени находится колесная пара локомотива или вагона, и соседней рельсовой опорой.

Феномен объясняется тем, что нагрузка от оси тележки на каждый рельс составляет 11,5 тс, а с учетом динамической составляющей, ползунов и волнообразного износа доходит до 20 тс. Поэтому при нахождении колеса, например, посередине между соседними шпалами происходит изгиб рельса примерно на 0,15—0,18 мм. Значительно усиливают изгиб отклонение рельса от прямолинейности и сжатие упругих рельсовых подкладок, а также самой балластной призмы. По результатам исследований значение осадки пути за счет амортизирующих свойств прокладок рельсовых скреплений и балластной призмы составляет (1,2+2,0) + (2,0-5-5,0) = = (3,2+7) мм. А это неизбежно приводит к появлению местного микроподъема на 3—5 мм на длине от 0,5 до 2,5 м плети перед и за колесной парой. Сущность этого процесса поясняется на рис. 1

Существенный изгиб рельса каждым катящимся колесом поезда приводит к смещению расположенных рядом и под ним шпал на несколько миллиметров вниз, а соседние рельсовые опоры, наоборот, поднимаются. Это показано на рис. 1, вид А.

Вследствие потери подошвами железобетонных брусьев контакта со щебнем происходит резкое уменьшение силы их фиксации в балластной призме. Поэтому перед и позади катящегося колеса возникают зоны длиной 0,5—3,0 м со значительно уменьшенным, примерно на 55—65 %, усилием сдвига шпал.

Это обстоятельство способствует дополнительному появлению и усилению микрорасстройств пути, а при многократном их накоплении и росте при каждом проходе колеса провоцирует выброс. На достижение недопустимых отклонений оказывают также влияние разница между действующей температурой и температурой закрепления рельса, условия торможения, профиль и состояние пути, распределение порожних и груженых вагонов, скорость движения, количество прошедших по участку колесных пар.

Для устранения потери устойчивости рационально применить шпалу с повышенным в 4,0—5,5 раз сопротивлением сдвигу, так называемую «зубатую» шпалу. Ее подошва содержит вбетонированные зерна щебня. Эти щебенки, как зубья бороны, усиливают связь шпалы с балластом. Что крайне ценно, эта способность не утрачивается в отличие от стандартных шпал, и при подъеме рельсовой опоры на 1—5 мм, так как длина выступающих на подошве зерен доходит до 50 мм и более. Поэтому потери контакта с балластом нет. Устройство «зубатой» шпалы показано на рис. 2.

Таким образом, применение рельсовой опоры новой конструкции позволит избежать негативного действия «бегущей» изгибной волны, возникающей из-за больших вертикальных нагрузок на путь и упругих свойств верхнего строения.

Г.Г. ЛОСЕВ

[СЦБот]

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

Перенес: Admin