Admin

Формирование участка пути регулируемой жесткости

СЫЧЁВА А.В., Российский университет транспорта (МИИТ), канд. техн, наук, ЛОКТЕВ А.А., МИИТ, докт. физ.- мат. наук, СЫЧЁВ В.П., МИИТ, докт. техн, наук

Аннотация. Формирование переходных участков традиционным способом нагнетания раствора в земляное полотно или балласт не дает возможности оперативно регулировать жесткость в зависимости от веса и скорости проходящих поездов и требует существенных капитальных вложений. Предлагаются способ и технология изменения жесткости на участке перед и после искусственного сооружения, не связанные с большими материальными затратами.
Ключевые слова. Железнодорожный путь, подрельсовое устройство, переходной участок, искусственное сооружение.


Известно, что при движении железнодорожного состава по пути рельс подвергается воздействию комплекса статических и динамических сил, вызывающих изгибные, поперечные и продольные колебания рельса, деформации кручения [1, 2]. Повышенные нагрузки возникают и в зоне примыкания пути к ис
кусственному сооружению, поскольку его жесткость отличается от жесткости пути, уложенного на самом искусственном сооружении. Поэтому основным требованием при строительстве и ремонтах пути с искусственными сооружениями является формирование участка с переменной жесткостью [3, 4].

Классификацию известных способов изменения жесткости пути перед искусственным сооружением можно свести к двум вариантам:
установка подрельсовых оснований с переменной жесткостью;
введение в земляное полотно и/или балласт материалов и конструкций, изменяющих их жесткость.
Один из способов усиления земляного полотна — нагнетание с двух сторон твердеющего раствора под наклоном к горизонтальной плоскости с образованием упрочняющей опорной системы [5]. Для этого предварительно твердеющий раствор вводят инъекто-рами по контуру габарита приближения строения вертикально, а вне зоны габарита приближения строения — под наклоном, с проработкой грунтов земляного полотна.
Второй способ применяют, когда переходной участок выполнен с арматурным каркасом в виде рядов пространственных металлических решеток, размещенных в подбалластном слое [6].
Недостатки этих мер заключаются в большом объеме дорогостоящих работ и невозможности оперативно регулировать жесткость пути.
Более продуктивен в такой ситуации китайский подход — укладка пассивно-поглощающей динамические вибрации плиты, которая там, где отсутствует контакт с рельсом, оснащена блоком дополнительной массы с гибким соединением [7]. Заменяя этот блок, можно легко регулировать жесткость участка, при этом не вкладывая большие средства. Однако этот способ не позволяет регулировать жесткость под каждой шпалой равномерно, и, следовательно, не исключает ударных воздействий колеса на рельс.


Важнейшей задачей при укладке участков пути перед искусственным сооружением и после него, отвечающей также экономическим требованиям, является возможность оперативного регулирования жесткости переходного участка с минимальными затратами при реконструкции пути. Поэтому в данном случае существенно эффективнее российское предложение подрельсового устройства пути [8, 9],
которое устанавливается под рельс на балласт, выполняя функцию опорной прокладки рельса на балласт.
Устройство представляет собой эластичную герметичную оболочку, размещаемую в защитном корпусе с открытой сверху полостью и зазором относительно внутренней поверхности стенок корпуса и принудительно наполняемую воздухом до заданного объема. На оболочку укладывается верхняя опорная плита, на которую опирается рельс. Плита имеет возможность перемещения между верхними и нижними упорами, установленными на стенках корпуса, за счет изменения давления и вязкоупругих свойств эластичной герметичной оболочки.
Конструкция устройства может быть выполнена иначе. Оболочку размещают не в корпусе, а между нижней и верхней опорными плитами, при этом нижняя плита лежит под рельсом на балласте. В этом случае корпус фактически сборный, а нижняя опорная плита служит дном корпуса. На рисунке представлена схема укладки под рельс устройств с оболочками с разной жесткостью, возрастающей по мере приближения к мосту.

Технология укладки следующая (частично она была изложена в [10]). Расчетным, экспериментальным или экспертным способом определяют длину переходного участка пути. По решению производителя работ и в соответствии с технологическим процессом на домкраты вывешивается весь участок сразу, или по частям, или отдельно каждая шпала (в зависимости от длины участка). Затем убирают часть балласта и под шпалу в качестве прокладки между балластом и рельсом размещают устройство, содержащее оболочку, наполненную воздухом. При изменении вязкоупругих свойств наполнителя оболочки жесткость прокладок изменяется и равномерно убывает в сторону от искусственного сооружения. Это происходит за счет принудительного дозированного заполнения оболочки наполнителем извне, например, от компрессора или от пневмомагистрали специального подвижного состава после размещения прокладки. Оболочку заполняют, создавая в ней заданное или рассчитанное давление, под действием которого меняются жесткость каждой шпалы и вязкоупругие свойства пути на всей длине переходного участка.
Таким образом участок из N шпал состыковывается с эксплуатируемым путем с жесткостью Кд и путем на искусственном сооружении, например, мосту, с жесткостью Кк.
Переходной участок обеспечивает изменение жесткости от большего значения к меньшему, в данном примере от Кк к Ко. Средняя жесткость Кср пропорциональна разности жесткостей двух участков по отношению к количеству уложенных на прокладки шпал и определяется по формуле
(К. — KK)/N = к,р.
Тогда жесткость i-й шпалы будет устанавливаться следующим образом:
Кц = К,, ± Кср.
Знак «±» означает преобразования жесткости. Знак «+» говорит о том, что изменения происходят в направлении от участка с меньшей жесткостью к участку с большей жесткостью, знак «-» — в обратном порядке.
По мере приближения поезда к искусственному сооружению прокладки меняют жесткость до достижения значения, равного жесткости участка пути, лежащего на самом искусственном сооружении [11].
Наиболее предпочтительно эластичные оболочки прокладок заполнять воздухом. Но допускается использовать в качестве наполнителя и гидравлическую жидкость, гель или сыпучий материал. Под шпалу можно укладывать сколь угодно много опорных прокладок, при необходимости изменяя их количество и материалы. Рекомендуется одну оболочку устанавливать под одну шпалу, поскольку это обеспечивает эффективность технологии укладки.
При использовании предлагаемого способа конструкция пути и его элементы не меняются, прокладки укладывают в количестве, соответствующем объему работ текущего содержания пути, значительные дополнительные капитальные вложения не требуются.

Список источников

1. Коган А.Я. Динамика пути и его взаимодействие с подвижным составом. М.: Транспорт, 1997. 326 с.
2. Сидорова Е.А., Певзнер В.О., Чечельницкий А.И. Показатели силового взаимодействия пути и подвижного состава при движении грузового вагона по длинным неровностям с учетом действия продольных сил // Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. 2021. Т. 80, № 6. С. 359-365.
3. Певзнер В.О. Проблемы ведения путевого хозяйства в современных условиях // Современные проблемы проекти
рования, строительства и эксплуатации железнодорожного пути: сборник трудов конференции. М.: РУТ (МИИТ), 2019. С. 17-19.
4. Правила назначения ремонтов железнодорожного пути: утв. Распоряжением ОАО «РЖД» от 17.12.2021 № 2888/р. Доступ через СПС «КонсультантПлюс».
5. Патент № 2752888 РФ, E02D 3/12 Е01В 1/00. Способ усиления земляного полотна железнодорожного пути в зоне примыкания к искусственному сооружению / Разуваев Д.А., Усов Д.А., Данис А.Л.; патентообладатель СГУПС. № 2020125286; заявл. 21.07.2020; опубл. 11.08.2021; Бюл. № 23.
6. Патент № 2453644 РФ, Е01В 1/00. Железнодорожный путь в зоне примыкания к искусственному сооружению // Дорошкевич А.А., Каринский С.С., Кравцов Б.В., Леман-ский А.П.; патентообладатель ОАО «Российские железные дороги». № 2010153759/11; заявл. 28.12.2010; опубл. 20.06.2012; Бюл. № 17.
7. Патент № 2624147 CN, Е01В 1/00. Пассивно поглощающая динамические вибрации плита для рельсового пути / Чжу И., ЯньХ., Ян Цз., Ян Цз., Линь X. Чжан Л., Пай В., Фу Л., Чжен С., Ли Ч.; патентообладатель Чайна Рэйлвей Эрюань Инжиниринг труп ко, лтд. № 2016102953; заявл. 21.07.2014; опубл. 30.06.2017; Бюл. № 19.
8. Патент № 2750544 РФ, Е01В 23/00. Способ оперативного развертывания железнодорожного пути и устройство подрельсового основания/ Сычёва А.В.; патентообладатель ООО «Вагонпутьмашпроект». № 2020132129; заявл. 29.09.2020; опубл. 29.06.2021; Бюл. № 19.
9. Патент № 2746554 РФ, Е01ВЗ/00. Подрельсовое устройство железнодорожного пути и способ укладки, по меньшей мере, одного подрельсового устройства железнодорожного пути / Сычёв В.П., Локтев А.А., Сычёва А.В., Кузнецова Н.В., Сычёв П.В.; патентообладатель ООО Вагонпутьмашпроект. № 2020124286; заявл. 22.07.2020; опубл. 15.04.2021; Бюл. № 11.
10. Сычёва А.В., Локтев А.А., Сычёв В.П. Управление жесткостью пути на переходных участках // Путь и путевое хозяйство. 2021. № 2. С. 16—20.
11. Патент № 2795713 РФ, Е01В 1/00. Железнодорожный путь переменной жесткости и способ его формирования/ Сычёв В.П. Локтев А.А., Сычёва А.В., Сычёв П.В. Потапов А.В.; патентообладатель ООО Вагонпутьмашпроект. № 2022121774; заявл. 10.08.2022; опубл. 11.05.2023; Бюл. № 14.
METHOD FOR FORMING A BLOCK SECTION OF A RAILWAY TRACK WITH ADJUSTABLE STIFFNESS
Sycheva Anna — Ph.D, associate professor of the Department «Buildings and Structures in Transport» of the Russian University of Transport (MIIT). Moscow, Russia, anna@vpm770.ru
Loktev Alexey — D.Sci of Physical and Mathematical, Head of the Department «Transport Construction», Professor. Russian University of Transport (MIIT). Moscow, Russia, aaloktev@yandex.ru
Sychev Vyacheslav — D.Sci, Professor, Russian University of Transport (MIIT), Professor of the Department «Transport Construction». Moscow, Russia, vp@vpm770.ru
Abstract. The formation of transitional sections by the traditional method of pumping mortar into the roadbed or ballast does not make it possible to quickly adjust the stiffness depending on the weight and speed of passing trains and requires significant capital investments. The method and technology of changing the stiffness on the block section before and after the artificial structure are proposed, which are not associated with large material costs.
Keywords: Railway, under-rail device, transition section, artificial structure.