[05-1998] Эффективность удлинения рельсовых плетей

[Admin]

Эффективность удлинения рельсовых плетей

В.М.ЕРМАКОВ, нач. отдела Департамента пути и сооружений МПС

Теоретически температурно-напряженный ре-жим работы плетей бесстыкового пути не зависит от их длины. При достаточном погонном сопротивлении перемещению каждая плеть имеет так называемые «дышащие» концы, на протяжении которых силы погонного сопротивления «накапливаются» до величины продольной силы, соответствующей разнице фактической температуры рельса и температуры его закрепления. Далее плеть остается неподвижной, какой бы длины она не была.

В развитых странах Запада применяют такой бесстыковой путь, при котором стрелочные переводы также вваривают в бесконечные плети. «Разрывы» делают, как правило, только на мостах с устройством уравнительных приборов. Требуемое погонное сопротивление обеспечивается упругими промежуточными скреплениями с линейной зависимостью усилия прижатия от деформации 10 мм и более (NABLA, PANDROL, VOSSLOH и др.). Они не нуждаются в дополнительном обслуживании и надежно прижимают подошву рельса к основанию.

На высокоскоростных участках TGV, INTERCITY и других системы сигнализации и автоблокировки работают без традиционных рельсовых цепей с изолирующими стыками. Тем не менее на путях, уложенных ранее, такие стыки есть, но без уравнительных пролетов, так как сопротивление сдвигу в них достаточно для восприятия температурных и тормозных сил. Наиболее распространены клееболтовые стыки, которые изготавливают с короткими (от 3 м) кусками рельсов, а затем вваривают в плети. Имеются высокопрочные изостыки, которые собирают непосредственно в пути или рядом с ним с последующим ввариванием в плети. Сопротивление таких стыков сдвигу на железных дорогах Западной Европы составляет 1,6—1,8 МН, чего для бесстыкового пути с надежными упругими скреплениями в более мягком, нежели в России, климате оказывается достаточно. Плети вводят в расчетный температурный интервал в основном при помощи гидравлических устройств.

На Российских железных дорогах, напротив, средняя длина плетей около 500 м, уравнительных пролетов — около 40 м и «дышащих» концов плетей — по 50 м с каждой стороны. Поэтому отношение протяженности средних частей плетей, где уровень динамического взаимодействия пути и подвижного состава наименьший, к протяженности зон уравнительных пролетов и «дышащих» концов составляет 3:1. В этих зонах выход из строя элементов верхнего строения значительно больше: рельсов — в 10—12 раз, подкладок — в 2 раза, на-шпальных и подрельсовых прокладок — в 1,8—2,2 раза, пружинных шайб — в 1,8 раза. А затраты на текущее содержание достигают 80% общих затрат на содержание бесстыкового пути.

До последнего времени широкое применение сверхдлинных» плетей сдерживалось следующими причинами: несовершеством промежуточных скреплений типа КБ; необходимостью обеспечить работу автоматической сигнализации и автоблокировки; сложностью введения плетей в расчетный температурный интервал; технологией ремонтов пути.

Одно из важнейших условий безотказной работы бесстыкового пути — создание необходимого погонного сопротивления перемещению рельсов относительно шпал или рельсов вместе со шпалами относительно балласта. Сдвиг рельсошпальной решетки относительно балластного слоя происходит редко и может возникать при значительных отступлениях от нормативов в очертании балластной призмы и степени ее уплотнения. Перемещению рельсов относительно шпал препятствуют клеммы, а при скреплении КБ65 — еще закладные болты. Скрепление КБ надежно «сопротивляется» уширению колеи и раскантовке рельсов, но требует значительных затрат труда на периодическое подтягивание гаек клеммных и закладных болтов — 25—30% общих затрат на текущее содержание бесстыкового пути. При грузонапряженности примерно 40 млн. т*км брутто на 1 км в год в течение года их нужно как минимум 2 раза подтягивать в середине плетей и 3 раза — на концах и уравнительных рельсах. При нарушении этой периодичности или низкокачественной работе на участках со «сверхдлинными» плетями будут возникать необратимые деформации.

Во многих странах упругие скрепления на железобетонных шпалах бесподкладочные (PANDROL, RN, VOSSLOH, NABLA и др.), так как прочности бетона достаточно, чтобы воспринимать нагрузку от рельса без распределения на большую площадь. Скрепления, как правило, нераздельные, резьбовых соединений мало. Такие конструкции хорошо зарекомендовали себя в самых различных эксплуатационных условиях.

У нас разработаны и находятся на разных стадиях внедрения несколько следующих конструкций упругих промежуточных скреплений.

Подкладочное скрепление типа КБ с упругими прутковыми клеммами типа ОП 105 (внешне похожи на клеммы типа Ski 12-32 Vossloh). Ожидаемые сферы применения — линии с высокими грузонапряженностью и осевыми нагрузками, кривыми малых радиусов, а также стрелочные переводы. Эксплуатационные испытания начаты на Октябрьской дороге, где в 1994 г. заложили три опытных участка, в том числе участок пути со скоростями 160/80 км/ч и грузонапряженностью 49,2 млн. т • км брутто на 1 км в год и стрелочный перевод на железобетонных брусьях, где скорость по прямому направлению 100/80 км/ч, а грузонапряженность 20 млн. т • км брутто на 1 км в год. К концу 1997 г. максимальная наработка составила 150 млн.т груза. Клеммы работают стабильно, сила прижатия подошвы рельса не уменьшается.

Выпуск прутковых пружинных клемм типа ОП 105 освоен на двух российских предприятиях. В этом скреплении остается закладной болт с двухвитковой шайбой, который нужно периодически подкреплять, хотя он ослабляется с меньшей интенсивностью, чем клеммный. Одна из основных причин малоэффективного использования ПМГ при закреплении закладных болтов — их проворачивание из-за разрушения бетонных упоров для головок болтов в гнездах шпал. Для предотвращения этого можно установить закладные шайбы седловинной формы или пластмассовые «коробочки», которые защищают упоры в гнезде шпалы от разрушения.

Бесподкладочное скрепление с прутковой пружинной клеммой типа ЖБР-3. Ожидаемые сферы применения — участки с грузонапряженностью до 40 млн. т • км брутто на 1 км в год, с невысокими средними осевыми нагрузками. Изготовлена опытная партия шпал и скреплений на 2 км пути, которую запланировано уложить на Горьковской дороге в начале сезона летних работ 1998 г.

Бесподкладочное скрепление с прутковой пружинной клеммой, условно названное «ВНИИЖТ-1». Сферы применения — аналогичны ЖБР-3. Об эффективности можно будет судить после полигонных испытаний на экспериментальном кольце ВНИИЖТа, начать которые намечено в первой половине 1998 г.

Кроме перечисленных, на разных стадиях разработки и внедрения находятся скрепления типа БПУ с пластинчатыми упругими клеммами, анкерные бесподкладочные скрепления.

В последние годы на участках высокоскоростного движения поездов в странах Западной Европы для интервального регулирования перевозочного процесса внедрены точечные каналы, например, с использованием балиса (напольное устройство для передачи радиосигналов на локомотив), или непрерывные каналы с применением радиосвязи. На отечественных дорогах для этой цели служат рельсопроводные каналы, при которых электрические цепи могут быть или с изолирующими стыками, или без них. Из рельсовых цепей, работающих без изолирующих стыков, наибольшее распространение получили цепи с тональной частотой, которые начали устраивать в 70-х годах. Их общая протяженность составляет несколько тысяч километров. По сравнению с кодовыми они более чувствительны к обрыву рельсовой нити, лучше защищены от импульсных помех, меньше потребляют энергии. Однако тональные рельсовые цепи более сложные и нуждаются в более квалифицированном обслуживании. Кроме того, имеется ряд формальных ограничений на их внедрение.

В связи с этим у путейцев нет выбора, и единственный способ устранения уравнительных рельсов — сварка плетей с высокопрочными изолирующими стыками. За рубежом такие стыки, как правило, клееболтовые, и требования к их элементам выше, чем у нас. В отечественных клееболтовых стыках применяют накладки, полученные методом проката, что определяет значительные отступления (до 2,5 мм на длине накладки) по прямолинейности в обеих плоскостях. Зазоры между стенками отверстий в накладках и рельсах и стыковыми болтами, при условии обеспечения стыкового зазора 10 мм, составляют от 2,5 до 5,5 мм. Поэтому в такой конструкции продольным силам, возникающим при перепадах температур и воздействии поездов, противодействуют только силы сопротивления сдвигу слоя клея (при прочном приклеивании).

Известно, что почти все полимерные клеи тем лучше склеивают, чем тоньше (до определенных значений) слой клея. При кривизне накладок до 2,5 мм слой клея по их длине имеет разную толщину, что снижает общее сопротивление сдвигу. При оценке нормативного усилия 2 МН следует учитывать, что полимерные композиции «стареют», особенно под воздействием динамических нагрузок, и первоначальная прочность клееболтового изолирующего стыка может уменьшиться на 30—40%.

В ТУ-91 требования к изолирующим стыкам повышены, и усилия сопротивления сдвигу для стыков, ввариваемых в плети без уравнительных пролетов, должны быть не менее 2,5 МН. Такие стыки, которые можно было бы собирать не только в РСП, но также на базах ПМС и даже в пути, начали создавать в 1994 г. совместно с германской фирмой «ELEKTRO-THERM1T». Эту фирму выбрали, в частности, потому, что для приклеивания накладки она использует мастику, затвердевающую при низкой температуре. В 1994—1995 гг. указанная конструкция стыка с шестидырными накладками была разработана, и на Октябрьской дороге установили 19 стыков на участках с грузонапряженностью до 52 млн. т • км брутто на 1 км в год и скоростью движения до 120 км/ч. Четыре изостыка вварили в рельсовые плети без устройства уравнительных пролетов. После эксплуатационных и полигонных испытаний на экспериментальном кольце в Щербинке конструкцию окончательно доработали. Ее выпуск освоен НПП «АпАТэК». Лабораторные испытания, проведенные в 1996 г., подтвердили эффективность этих стыков, выдерживающих усилие сдвигу не менее 2,6 МН. В Щербинке к концу 1997 г. по ним пропустили 130 млн. т груза.

В ноябре 1997 г. на одном из участков направления Санкт-Петербург—Москва в плети длиной 5,8 км без уравнительных пролетов вварили 12 высокопрочных изостыков. В расчетный температурный интервал плети ввели гидравлическими натяжными устройствами, оснащение дорог которыми начато в прошлом году.

Очистка щебня машинами с баровыми рабочими органами исключает подъемку рельсошпальной решетки и расширяет допускаемый температурный интервал выполнения ремонтных работ без разрядки напряжений.

Таким образом, созданы условия для массового перехода к бесстыковому пути в полном смысле этого слова (т.е. без уравнительных пролетов), что закреплено указанием МПС № С-150у от 16.02.98.

Подсчитаем экономическую эффективность такого пути. Сначала определим выгоду от сварки плетей длиной с блок-участок (в* ценах после деноминации). Для расчета примем следующие исходные данные: грузонапряженность — 45 млн. т*км брутто на 1 км в год, межремонтный срок — около 13 лет, средняя длина блок-участка — 1,5 км, на нем устраивается одна зона уравнительных пролетов; длина устраняемых уравнительных пролетов и «дышащих» концов плетей — 3 х 12,5 + 2 х 50 ~ 140 м.

Экономия от сокращения расхода стыковых скреплений такая. При трех уравнительных пролетах ликвидируются четыре пары стыков. Стоимость сварки одного стыка в РСП — 109 руб., машиной ПРСМ на перегоне в «окно» — 434 руб. Из восьми стыков в пути свариваются два и в РСП — шесть. Общие затраты на сварку равны: 6 х 109 + 2 х 434 = 1522 руб. Цена двух шести-дырных накладок и шести болтов с гайками

— 234 руб. Значит, будет сбережено 8 х 234 - 1522 = = 350 руб.

Экономия за счет увеличения срока службы рельсов следующая. В зонах уравнительных пролетов и «дышащих» концов плетей за межремонтный срок выходит из строя 21 рельс на 1 км, а в середине плетей — 1,5 шт/км. При устранении одной зоны уравнительных пролетов будет изъято меньше на (21 - 1,5) х 0,14 = 2,73 рельса. Их замена стоит 2,73 х 139,8 руб. = 382 руб., а цена самих рельсов длиной 12,5 м весом 64,64 кг/м равна 2,73 х 12,5 х 64,64 х 3,1 = 6838 руб., где 3,1 руб. — стоимость 1 кг рельсов. Всего сберегается 6,838 тыс. руб.

Экономию за счет снижения периодичности закрепления гаек клеммных и закладных болтов подсчитаем так. Учитывая, что их затяжка машиной ПМГ выполняется, как правило, одновременно, эта периодичность зависит от интенсивности ослабления затяжки гаек клеммных болтов. В зоне уравнительных пролетов и «дышащих» концов плетей для принятых исходных данных требуется 2,13 затяжки в год или 27,69 затяжек за межремонтный срок, а в середине плетей — соответственно 1,18 и 15,34.

На 140 м пути лежат 262 шпалы. Подкручивание гаек на 1000 шпалах ПМГ стоит — 2,241 тыс. руб., а заработок обслуживающего персонала — 42 руб. Число затяжек уменьшается на 27,69 - 15,34 = =12,35. Следовательно, расходы сокращаются на 12,35 (2,241 + 0,042) х 0,262 = 7,387 тыс. руб.

Достигается экономия и за счет уменьшения количества выправок. В зонах уравнительных пролетов и «дышащих» концов плетей необходимы в среднем 2,14 выправки в год или 27,82 выправки за межремонтный срок, а в середине плетей — соответственно 0,89 и 11,57. Стоимость эксплуатации машины ВПР-1200 — 739 руб. на 100 шпал, а заработок персонала — 8 руб. на 100 шпал. Значит, сберегается 2,62 (27,82 - 11,57) (739 + 8) = 31,804 тыс. руб.

И наконец, увеличивается срок службы скреплений, что позволяет сэкономить 5244 руб. (см. таблицу).

Общая экономия по всем позициям на участке 1,5 км составит 0,35 + 6,838 + 7,387 + 31,804 + + 5,244 = 51,6 тыс. руб. за межремонтный срок. Эксплуатационные расходы на 1 км пути при сварке плетей длиной с блок-участок снизятся на 2,65 тыс. руб. в год.

Эффективность сварки плетей длиной с перегон в 2 раза выше. При использовании высокопрочных изостыков, и без устройства уравнительных пролетов можно сберечь, соответственно, 5,3 тыс. руб. на 1 км в год, потому что ликвидируются оставшиеся зоны уравнительных пролетов и «дышащих» концов плетей такой же протяженности, как и в первом случае, т.е. 140 м на блок-участке длиной 1,5 км.

[СЦБот]

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

Перенес: Admin