Admin

Необходимо сезонное перезакрепление концевых участков рельсовых плетей

НОВАКОВИЧ В.И., Ростовский государственный университет путей сообщения (РГУПС), докт. техн, наук, КАРПАЧЕВСКИЙ Г.В., РГУПС, канд. техн, наук, ЗАЛАВСКИЙ Н.И., РГУПС, канд. техн, наук, КОРНИЕНКО Е.В., РГУПС, канд. техн, наук, МИРОНЕНКО Е.В., РГУПС, канд. техн, наук

Аннотация. Проведен анализ температурной работы концевых участков сверхдлинных рельсовых плетей бесстыкового пути. Отмечена необходимость сезонного перезакрепления их концевых участков для обеспечения прочности стыковых болтов.

Ключевые слова: бесстыковой путь, концевые участки, погонное сопротивление, температура закрепления.

Одним из самых важных условий обеспечения безопасности движения по железнодорожному пути следует считать соблюдение установленного температурного режима его эксплуатации. Часто ошибочно полагают, что это условие необходимо выполнять только для бесстыковой конструкции. Однако для звеньевого пути требуется еще больше сил и средств для поддержания оптимального температурного режима. Даже если нет угона рельсов (что более характерно для звеньевой конструкции, чем для бесстыковой), для обеспечения нормальных стыковых зазоров и исключения работы болтов на срез с рельсами 25-метровой длины необходимо как минимум два раза в год производить сплошную разгонку зазоров с заменой рельса на удлиненный или укороченный. Эта работа по трудоемкости превышает затраты на сплошное сезонное перезакрепление рельсовых плетей бесстыкового пути. Поэтому в большинстве случаев раз-гонку зазоров на звеньевом пути просто не делают из-за ее большой трудоемкости — на выполнение такой масштабной работы не хватает трудовых ресурсов дистанций пути. При этом недопустимо снижается надежность обеспечения безопасности движения.


То же самое относится к безопасности движения на бесстыковом пути с рельсовыми плетями длиной до 800 м или до блок-участка. На концах плетей, как показали наши натурные наблюдения, зазоры увеличиваются от нулевых до максимально допустимых всего лишь при изменении температуры рельсов не более чем на 40 °C. Это означает, что стыковые болты в уравнительных пролетах значительную часть времени работают на срез. У нас нет достоверных статистических данных о том, сколько за год на сети дорог произошло разрывов стыков, потому что этот брак в работе дистанций пути относительно легко скрыть. По неофициальным свидетельствам можно предположить, что при низких температурах
примерно в 20 % случаев приходится заменять уравнительный рельс на удлиненный по концам рельсовых плетей. Путейцы вынуждены это делать, когда уже произошел разрыв стыка или когда еще возможно его предотвратить. Значит, в остальных 80 % случаев стыковые болты при низких температурах тоже работали на срез, но разрыв стыка не произошел просто «по счастливой случайности». Стыковые болты до их среза могут воспринимать некоторую продольную силу, величину которой с достаточной точностью определить и нормировать невозможно, поэтому существует путейское правило — просто не допускать работу стыковых болтов на срез. Однако это правило повсеместно нарушается.
Когда в 50—60-е годы прошлого столетия разрабатывали первые технические условия по устройству и содержанию бесстыкового пути, надежности работы стыковых болтов на концах плетей было уделено довольно много внимания. Тогда считалось, что при расчетах бесстыковой конструкции можно использовать средние арифметические значения механических характеристик элементов верхнего строения, их тогда называли «расчетными». Например, определили, что при незамерзшем балласте погонные сопротивления продольным перемещениям по одной рельсовой нити составляют 6,5 кН/м [1], а стыковое сопротивление — 400 кН [2]. Эти значения были найдены с помощью лабораторных опытов, т. е. без учета воздействия поездов. В результате длина концевых участков бесстыкового пути, на которых происходят продольные перемещения рельсов при изменениях температуры, были определены величиной 50—70 м, что весьма далеко от реальности, но до сих пор используется в действующих нормативах [3]. Более того, в Инструкции [3] погонное сопротивление продольным перемещениям на одну рельсовую нить принято равным 12 кН/м, что в несколько раз выше реального значения. А ведь по всем правилам инженерных расчетов необходимо учитывать самые неблагоприятные условия, т. е. в данном случае при вычислении длины концевого участка нужно принимать минимальное по вероятности значение погонного сопротивления. Напомним, что оно определяется как среднее арифметическое минус три средних квадратических отклонения.
В 60—80-е годы прошлого века, когда в СССР только начинали применять бесстыковой путь, повсеместно требовалось выполнять периодическую сезонную разрядку температурных напряжений в рельсовых плетях. Формально в соответствии с принятой методикой расчета сезонное перезакреп-ление плетей действительно требовалось. Фактически же это требование нигде не выполнялось из-за высокой трудоемкости работ. В те годы в соответствии с применяемой методикой расчета бесстыкового пути приоритет отдавался обеспечению прочности рельсов и стыковых болтов, а также недопущению большого зазора при сквозном изломе плети в период низких температур. Такая техническая политика в значительной мере была основана на заимствовании опыта эксплуатации бесстыкового пути в Германии, где в качестве оптимальной температуры закрепления плетей принята температура, равная 15 °C. В СССР минимальные зимние температуры значительно ниже, поэтому отечественные специалисты посчитали нужным принять температуру закрепления плетей по немецкому образцу — не выше 15 °C. Такому решению также поспособствовали результаты опытов на стенде ВНИИЖТа, создавших ложное представление о достаточно высокой устойчивости бесстыкового пути при действии в рельсах сжимающих продольных сил летом, т. е. о возможности иметь температуру закрепления не выше 15 °C. Тогда полагали, что на стенде были созданы более неблагоприятные условия устойчивости, чем в реальности, поскольку под поездом потеря устойчивости якобы менее вероятна из-за вертикального пригру-за верхнего строения подвижным составом.
В 1960—1980-е годы еще не было достаточного опыта эксплуатации бесстыкового пути и представления о том, что при потере устойчивости рельсошпальной решетки вероятность схода подвижного состава составляет 100 %, а при изломе рельса или разрыве стыка — не более 0,1 %. Более того, опыт содержания бесстыковой конструкции на сети помог установить, что все деформации верхнего строения под действием продольных сил в рельсах происходят в основном только во время движения поездов.
Выше речь шла о статических значениях погонных сопротивлений пути, которые не учитывают воздействие поездов. При этом в прошлом все известные исследования в этой области сводились к определению средних арифметических значений погонных сопротивлений. В таблице приведены известные результаты определения средних значений г.
Если считать сопротивления в стыковых накладках на концах рельсовых плетей равными нулю, что близко к реальности, то длину концевого участка можно определить по следующей формуле:
F
/ =—, (1)
КОНЦ > Xх/
где F, — продольная температурная сила в рельсовой плети, кН; г — погонное сопротивление балласта сдвигу шпалами вдоль оси пути, кН/м.
Используя данные, приведенные в таблице, получим, что средняя длина концевого участка бесстыкового пути без учета воздействия поездов окажется в два—три раза больше заявленной в Инструкции [3].
В учебнике [4] отмечалось, что непосредственно во время прохода подвижного состава по участку пути погонное сопротивление балласта снижается и составляет 0,75—0,50 от статического значения. Но если погонное сопротивление снижается, то, значит, происходит продольное перемещение. А под следующими поездами опять повторяются перемещения, и они имеют некоторую скорость, что было зафиксировано многочисленными опытами, проведенными на действующих участках пути [5]. Таким образом была установлена эмпирическая зависимость, по которой погонные сопротивления г пропорциональны скорости перемещения шпал, сдвигаемых в балласте вдоль оси пути X:
г = KX, (2)


Зависимость (4) в графическом изображении,
как эпюра продольных сил, представлена на рисунке, где видно, что длина концевого участка рельсовой плети во времени растет и может увеличиваться до тех пор, пока этому росту позволяет зазор на конце в точке х = 0. Затем в точке х = 0 начнет увеличиваться продольная сила, заставляя стыковые болты работать на срез.


Опыты на действующих участках бесстыкового пути [5] подтвердили фактическое существование зависимости (4). Из этой закономерности следуют вполне определенные практические рекомендации, выполнение которых более надежно обеспечит безопасность движения. Во-первых, при капитальном и среднем ремонтах пути необходимо удлинять сваркой рельсовые плети минимум до протяженности перегонов. Во-вторых, для обеспечения прочности длинных плетей требуется ввести их сезонное пере-закрепление на длине до 200 м на дорогах с годовой амплитудой температурных колебаний до 100 °C и до 400 м при амплитудах более 100 °C. В-третьих, необходимо разработать комплекс технических и технологических требований по соединению сваркой плетей со стрелочными переводами без уравнительных стыков и уравнительных пролетов с обеспечением установленного температурного режима их содержания.

Список источников

1. Боченков М.С. Исследование температурной работы концевых участков рельсовых плетей бесстыкового пути // Бесстыковой путь: сборник статей. М.: Трансжелдориздат, 1962. С. 61-96. (Труды ВНИИЖТа; вып. 244).
2. Зверев Н.Б. Стыкование длинных рельсовых плетей // Бесстыковой путь: сборник статей. М.: Трансжелдориздат, 1962. С. 97-120. (Труды ВНИИЖТа; вып. 244).
3. Инструкция по устройству, укладке, содержанию и ремонту бесстыкового пути: утв. Распоряжением ОАО «РЖД» от 14.12.2016 № 2544/р. Доступ через СПС «Консуль-тантПлюс».
4. Шахунянц Г.М. Железнодорожный путь: учебник. М.: Транспорт, 1987. 479 с.
5. Новакович В.И. Бесстыковой путь со сверхдлинными рельсовыми плетями: учебное пособие. М.: УМЦ ЖДТ, 2017. 168 с.

__________________
Телеграм-канал ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНИК