Admin

Проблемы применения шурупно-дюбельного скрепления на стрелочных переводах

ТИТАРЕНКО М.И., Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта (АО «ВНИИЖТ»), канд. техн, наук, ГЛЮЗБЕРГ Б.Э., АО «ВНИИЖТ», докт. техн, наук

На горочных путях сортировочных станций эксплуатируются, в основном, симметричные стрелочные переводы типа Р65 марки 1/6 проектов 2307 и 8307 на деревянных брусьях и проекта 2628 на железобетонных брусьях с клеммно-болтовым скреплением.
На основе результатов эксплуатации этих переводов [1, 2], а также опыта применения шурупного скрепления [3] был разработан симметричный стрелочный перевод типа Р65 марки 1/6 с шурупно-дюбельным скреплением на железобетонных брусьях для горочных путей — проект 2946. Принципиальное конструктивное отличие нового перевода от типового за
ключается в использовании шурупно-дюбельного крепления металлических частей к железобетонному основанию и применении сварной крестовины с приварными рельсовыми окончаниями [4, 5].
Испытания перевода проекта 2946 на станции Бекасово-Сортировочная Московской дороги выявили неудовлетворительную работу прикрепителей, соединяющих металлические части перевода с брусьями. Отмечен интенсивный излом шурупов на всем переводе (рис. 1), за исключением тех, которые работают на брусьях №№ 11—15 (зона корня остряков).
Стрелочный перевод эксплуатировался до паработки примерно 200 млн т груза брутто, но отказы шурупов начались уже после наработки 10—15 млн т.

Изломы возникали на глубине 115—125 мм от поверхности головки шурупа преимущественно в зоне второго-третьего витков резьбы. Причины — повышенное воздействие подвижного состава в условиях крутой переводной кривой и резкое изменение сечения шурупа в месте перехода от гладкой к резьбовой части.
Тут необходимо отметить, что извлечение концевых фрагментов сломанных шурупов из бруса — дело весьма непростое и трудоемкое [6], что также добавляет негатива к проблеме низкой надежности современного шурупа ЦП 54.
Для решения этой проблемы лабораторией «Стрелочное хозяйство» ВНИИЖТа совместно с ООО «Муромская промышленная компания» был разработан проект нового шурупа [6], который, по сравнению с типовым, отличается более плавным изменением сечения по длине, особенно в переходной, от гладкой к резьбовой, зоне (рис. 2). Исключение резкого изменения сечения шурупа в сочетании с использованием лучшего металла обеспечит повышение его эксплуатационных качеств. Однако в настоящее время к массовому изготовлению таких шурупов производители метизов не готовы. К тому же изменение формы шурупа требует корректировки всего шурупно-дюбельного узла.


В связи с этим лаборатории «Стрелочное хозяйство» была поставлена задача определить наиболее надежные в эксплуатации шурупы из продукции предприятий, поставляющих их для ОАО «РЖД» на сегодняшний день. С этой целью были проведены сравнительные испытания стрелочных переводов, укомплектованных шурупами различных производителей, на горочных путях станции Лужская-Сортировочная Октябрьской дороги. Всего испытано четыре стрелочных перевода, каждый из которых был оборудован шурупами отдельного вида (рис. 3—5).
На первом этапе (динамико-прочностные испытания) стрелочные переводы оборудовали системой тензометрических приборов для исследования напряженно-деформированного состояния элементов перевода (датчики напряжений и перемещений).
Кроме этого, были изготовлены специальные тензометрические измерительные шурупы каждого вида, позволившие получить картину изменения напряжений в шурупах с учетом усилия затяжки при проходе локомотивов и вагонов (рис. 6). Измерительные шурупы устанавливали в различных зонах стрелочных переводов (рис. 7). Затяжка обычных и тензометрических шурупов контролировалась динамометрическим ключом и составляла 22 кгс • м.
Запись измеряемых процессов проводили во время обычной работы горки, а также под воздействием специально сформированного состава, двигавшегося по переводам в пошерстном и противо-шерстном направлениях со скоростями до 40 км/ч.
В результате динамико-прочностных испытаний получены следующие результаты.
Напряжения в элементах переводов. Наибольшие напряжения в остряках (160 МПа) были зарегистрированы в стрелочном переводе с типовыми шурупами ЦП 54. Наибольшие напряжения в рамных рельсах (142 МПа) зафиксированы в стрелочном переводе с шурупами, изготовленными ОАО «ММК-МЕТИЗ» по чертежу ММК-МЕТИЗ ЖД 65-2017.
Наибольшие напряжения в крестовинах (180 МПа) возникали на стрелочном переводе с типовыми шурупами ЦП 54. В рельсах соединительных путей наибольшие напряжения (150 МПа) зарегистрированы в стрелочном переводе с шурупами, изготовленными ЗАО «Кузбасстрансмет» по чертежу 19-556.02.
Наибольшие напряжения в контррельсах (130 МПа) получены на стрелочном переводе с шурупами, изготовленными ЗАО «Кузбасстрансмет» по чертежу 19-556.02.
Деформации рельсовой колеи. Наибольшие упругие изменения ширины колеи (3 мм) зарегистрированы в зоне стрелки перевода с шурупами ОАО «Северсталь-метиз» по чертежу 07-43-154. Это значение вполне допустимо и находится на уровне величин, зафиксированных ранее на симметричных стрелочных переводах.
В целом параметры напряженно-деформированного состояния элементов стрелочных переводов, укомплектованных различными вариантами шурупов, не превысили допускаемых значений.


Напряжения в шурупах. Наилучший результат по напряженному состоянию получен на шурупах, изготовленных ОАО «ММК-МЕТИЗ» по чертежу ММК-МЕТИЗ ЖД 65-2017. Наибольшая величина напряжений не превысила 170 МПа.
Второй этап испытаний заключался в подконтрольной эксплуатации стрелочных переводов и мониторинге работы шурупов. До наработки стрелочным переводом с шурупами ОАО «ММК-МЕТИЗ» 25 млн т груза брутто отказов в их работе не отмечено. При этом на переводах с шурупами других заводов-изготовителей происходили отказы отдельных образцов уже после наработки 10—15 млн т.
Следует также добавить, что после эксплуатации шурупов в течение трех-четырех лет происходят их изломы при извлечении, вызванном необходимыми путевыми работами. Это объясняется загрязнением и попаданием влаги к стержню шурупа, коррозия провоцирует его заклинивание, что при извлечении приводит к излому. Для предупреждения подобных случаев целесообразно при монтаже и в процессе эксплуатации предусматривать смазку шурупов. В дальнейшем необходимо переработать конструкцию шурупно-дюбельного узла с тем, чтобы исключить заклинивание шурупов.

Испытания показали, что стабильность ширины колеи стрелочных переводов обеспечивается и соответствует требованиям Инструкции по текущему содержанию железнодорожного пути от 14.11.2016 № 2288 и Руководству по эксплуатации стрелочного перевода проекта 2946 РЭ. Наибольшая интенсивность изменения ширины колеи наблюдалась на стрелочном переводе с шурупами, изготовленными ЗАО «Кузбасстрансмет» по чертежу 19-556.02, наименьшая — на переводе с шурупами, изготовленными ОАО «ММК-МЕТИЗ» по чертежу ММК-МЕТИЗ ЖД 65-2017. Величины интенсивности изменения ширины колеи составили соответственно 0,772 и 0,628 мм/млн т груза брутто.
Стабильность ширины желобов обеспечивается при всех видах прикрепителей — изменения не превысили 1—2 мм. Она напрямую не связана с работой шурупов, а в большей степени определяется особенностями конструкции рельсовых элементов и узлов стрелочного перевода.
Примененный на стрелочном переводе проекта 2946 вариант шурупно-дюбельного прикрепления металлических частей к железобетонному основанию не предусматривает регулировку ширины колеи в ходе текущего содержания. В связи с этим при больших наработках тоннажа путейцам приходится прибегать к нестандартным методам регулировки с использованием, в том числе, самодельных стяжных полос и других мер.
Выводы
1. В условиях интенсивного грузового движения шурупы нуждаются в повышении прочностных и эксплуатационных показателей за счет улучшения конструкции и используемых для их изготовления материалов.
2. Устранить конструктивный недостаток шурупов возможно за счет ликвидации резкого изменения сечения стержня в переходной зоне (от гладкой поверхности к резьбовой). Это предупредит появление концентраторов напряжений и повысит прочностные и эксплуатационные качества изделия.
3. При использовании на стрелочных переводах шурупно-дюбельного скрепления целесообразно предусматривать возможность регулировки ширины колеи.
4. Для предупреждения заклинивания шурупов, приводящего к их излому при извлечении, необходимо предусматривать их смазку при монтаже.
5. По результатам сравнительных испытаний наилучшим образом отвечают прочностным и эксплуатационным требованиям шурупы, изготовленные ОАО «ММК-МЕТИЗ» по чертежу ММК-МЕТИЗ ЖД 65-2017. Они имеют пологую продольную форму с исключением резкого изменения сечения при переходе от гладкой резьбовой части, т.е. их конфигурация близка к конфигурации шурупов, разработанных ОАО «ВНИИЖТ», — прослеживается та же идея усиления стержня за счет ликвидации слабого места в переходном сечении. Однако для серийного внедрения шурупов ОАО «ВНИИЖТ» и ОАО «ММК-МЕТИЗ» в состав узла скрепления на стрелочных переводах требуется корректировка шурупно-дюбельного узла с соответствующими изменениями в железобетонном брусе.
Необходимость улучшения конструкции шурупа диктуется не только их неудовлетворительной работой в крутых переводных кривых стрелочных переводов, но и в кривых участках пути малого радиуса. Изменение конструкции путевого шурупа, а также улучшение качества его стали давно назрели и требуют реализации.

Список источников

1. Титаренко М.И., Корнева С.М. Работа симметричных стрелочных переводов типа Р65 марки 1/6 на горочных путях сортировочных станций // Внедрение современных конструкций и передовых технологий в путевое хозяйство. 2010. Т. 3, № 3. С. 60—72.
2. Глюзберг Б.Э. Модернизация и совершенствование стрелочных переводов // Железнодорожный транспорт. 2015. № 7. С. 54-57.
3. Королев В.В., Шишкина И.В., Кусков В.С. Конструкции железобетонного основания стрелочных переводов для российских железных дорог // Путь и путевое хозяйство. 2018. № 2. С. 16—19.
4. Новые виды конструкций железобетонного основания для стрелочных переводов / Б.Э. Глюзберг, Н.В. Рессина, С.П. Кузнецов, И.Н. Старухин // Транспорт Урала. 2016. № 4(51). С. 62—65.
5. Титаренко М.И., Савченко А.А., Одинцов С.В. О новой инструкции по регулировке ширины колеи стрелочных переводов // Путь и путевое хозяйство. 2016. № 7. С. 11-13.
6. Титаренко М.И., Маликов Г.С., Калачёв А.М. Новый стрелочный шуруп // Путь и путевое хозяйство. 2018. № 11. С. 33-35.

ПРОБЛЕМЫ ПРИМЕНЕНИЯ ШУРУПНО-ДЮБЕЛЬНОГО СКРЕПЛЕНИЯ НА СТРЕЛОЧНЫХ ПЕРЕВОДАХ
Ключевые слова: шурупно-дюбельное скрепление, шурупы, динамико-прочностные испытания, напряжения, деформации, отказы шурупов, подконтрольная эксплуатация.
Титаренко Михаил Иванович — канд. техн, наук, ведущий научный сотрудник лаборатории «Стрелочное хозяйство» Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (АО «ВНИИЖТ»). E-mail: 77tit@mail.ru
Глюзберг Борис Эйнихович — докт. техн, наук, профессор, заведующий лабораторией «Стрелочное хозяйство» Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (АО «ВНИИЖТ»). E-mail: Glusberg@mail.ru
Аннотация. В статье рассмотрены результаты испытаний горочных стрелочных переводов проекта 2946 на железобетонном основании с шурупно-дюбельным скреплением. Приведены данные по работе переводов, укомплектованных шурупами различных производителей. Даны предложения по усовершенствованию конструкции шурупов с целью повышения их эксплуатационной стойкости.

PROBLEMS OF USING SCREW-DOWEL FASTENING IN TURNOUTS
Keywords: screw-dowel fastening, screws, dynamic durability tests, stresses, deformations, screw failures, controlled operation.
Titarenko Mikhail — Ph.D., Leading Researcher, JSC «VNIIZhT». E-mail: 77tit@mail.ru
Glyuzberg Boris — D.Sci., Professor, Head of the Laboratory «Turnout facility», JSC «VNIIZhT», E-mail: Glusberg@mail.ru
Abstract. The article describes the test results of the Project 2946 turnouts on a reinforced concrete base with screw-dowel fastening for tracks of marshalling yards. The data on the working of turnouts equipped with screws from various manufacturers are given. Proposals for improving the design of screws in order to increase their operational stability are presented.

__________________
Телеграм-канал ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНИК