Admin

Шаблон для определения номинальных стыковых зазоров звеньевого пути

МАТВЕЦОВ В.И., канд. техн, наук,
МЕЛИХОВ С.Н., ОАО «Российские железные дороги», заместитель начальника Управления пути и сооружений ИДИ, БОНДАРЕНКО А.А., Самарский государственный университет путей сообщения, канд. техн, наук

Конструктивный стыковой зазор звеньевого пути не может компенсировать годовые деформации 25-метровых рельсов, которые достигают 36 мм на сети ОАО «РЖД». Сразу после укладки звеньевого пути и изменении температуры рельс начинает испытывать стыковое сопротивление, после преодоления которого он получает возможность изменить свою длину как свободно лежащий. При обратном ходе температуры убирается наведенное ранее стыковое сопротивление и преодолевается второе стыковое сопротивление, уже другого знака, после чего рельс вновь получает состояние свободно лежащего. При экстремальных температурах зимой зачастую наблюдается раскрытие стыковых зазоров сверх конструктивного значения, изгиб и срез болтов, а летом при торцевом давлении суммарные сжимающие температурные силы создают угрозу выброса рельсошпальной решетки.


При эксплуатации звеньевого пути только в осенне-зимний период можно контролировать состояние стыка при изменении температуры. Весной и летом после закрытия стыкового зазора звеньевой путь начинает работать в режиме бесстыкового, и колебания температуры вызывают только изменение напряженного состояния в рельсах, а перемещения отсутствуют.
Тщательное содержание температурных зазоров — одно из основных условий надежной работы звеньевого пути. Дорожный мастер должен промерять зазоры два раза в год, весной и осенью, а бригадир пути на своем отделении — ежемесячно. По результатам замеров заполняют ведомость, в которой указывают следующие данные: километр, пикет, измеренный зазор с затянутыми накладками, нормальный зазор для соответствующей температуры и постоянную добавку ±2 мм, знак которой определяется при промерах стыка с затянутыми и ослабленными болтами, т. е. в расчете используют величину фактических зазоров при ослабленных накладках. Далее рассчитывают ведомость разгонки и регулировки зазоров, строят поперегонный график выполнения этих работ. Необходимость разгонки и регулировки зазоров возникает из-за наличия в пути двух слепых зазоров подряд, а также при обнаружении зазоров больше конструктивного значения, которое ранее было равно 18 или 21 мм, а в настоящее время составляет 23 мм. Из сказанного понятно, насколько трудоемки контроль и анализ состояния зазоров, необходимые для грамотного расчета их разгонки и регулировки. Использование данных по промеру стыков без корректировки приводит к тому, что в конце участка фронта работ по разгонке и регулировке зазоров образуется их недостаток или избыток, поэтому приходится устанавливать сплошь нулевые или конструктивные зазоры соответственно.
Для определения номинального стыкового зазора, а также для контроля и диагностики состояния стыков звеньевого пути в годовом цикле температур сотрудникам дистанции пути следует использовать специальный шаблон, который облегчает задачу выявления температурной надежности звеньевого пути. Шаблон состоит из сменного движка, выполненного из прозрачного органического стекла, и масштабного прямоугольника с миллиметровой сеткой. На масштабном прямоугольнике (рис. 1) по оси ординат в масштабе 2:1 нанесены значения зазоров до конструктивной величины, а по оси абсцисс — шкала температуры рельса для конкретного района или дистанции пути. Каждому миллиметру температурного прямоугольника по горизонтали соответствует 1 °C.


На движке шаблона (рис. 2) нанесены три параллельные наклонные линии, характеризующие изменения зазоров в годовом цикле в пределах конструктивных значений после преодоления стыкового сопротивления. Наклонные линии отстоят друг от друга на одинаковом расстоянии, которое в масштабе показывает перепад температур, необходимый на преодоление стыкового сопротивления. Указанный перепад принят для рельсов типа Р65 равным 5 °C, что соответствует стыковому сопротивлению 10,25 тс. Кроме того, по горизонтальной линии нулевых зазоров от точки пересечения ее средней наклонной линией отложены вправо допустимые сжимающие перепады температур по условию устойчивости рельсошпальной решетки для прямой и кривых радиусом 1000, 800, 600, 500, 400 и 300 м, равные соответственно 42, 39, 37, 34, 31, 27 и 20 °C.
Для определения номинальных стыковых зазоров звеньевого пути из 25-метровых рельсов движок необходимо установить на масштабный прямоугольник в положение, указанное на рис. 3, когда зазор по нижней линии движка достигнет конструктивного размера, преодолев стыковое сопротивление при наступлении минимальной расчетной температуры (проявляется не каждый год). При этом наклонные линии имеют следующие значения:

• средняя — линия номинальных зазоров при соответствующих температурах. Она характеризует состояние рекомендуемых к установке зазоров при отсутствии стыкового сопротивления, т. е. при ослабленных стыковых болтах. По средней линии будут происходить годовые и суточные изменения зазоров свободно лежащих рельсов при соответствующих колебаниях температуры. Согласно средней линии необходимо устанавливать номинальные зазоры, соответствующие фактической температуре, при укладке новой рельсошпальной решетки, сплошной смене рельсов, а также при разгонке или регулировке зазоров;
• верхняя — линия максимальных стыковых зазоров, которая характеризует их закрытие при повышении температуры после преодоления стыкового сопротивления. По верхней линии происходит закрытие зазоров до нуля в летний период;
• нижняя — линия минимальных зазоров, которая характеризует их изменение в пределах конструктивных значений при понижении температуры рельса после преодоления стыкового сопротивления. По нижней линии происходит фактическое раскрытие зазоров до их конструктивного значения, если они были установлены в точном соответствии с температурой рельса.

Все возможные размеры зазоров, которые могут иметь место при эксплуатации звеньевого пути, будут находиться в пределах контура движка, ограниченного горизонтальными линиями максимальных и минимальных зазоров, а также верхней и нижней наклонными линиями. При этом в годовом цикле зазоры не раскрываются больше конструктивного и не включают болты в работу на изгиб даже при минимальной расчетной температуре. Однако летом нулевые зазоры образуются задолго до наступления максимальных расчетных температур, что приводит к появлению значительных сил торцевого давления. В летнее время каждому значению температуры соответствует целый ряд зазоров, заключенных по вертикали между крайними косыми линиями движка, или между линиями максимальных и минимальных зазоров. Наклон всех трех линий одинаков и характеризует изменение длины свободно лежащих рельсов после преодоления всех имеющихся в пути сопротивлений.
Как указывалось выше, для преодоления стыкового сопротивления принят перепад температур, равный 5 °C, а для преодоления погонного сопротивления, которое, в основном не превышает 1 кгс/см по одной рельсовой нити, требуется совсем незначительный перепад до I °C, которым с достаточной для практических расчетов точностью можно пренебречь. Для раскрытия зазора от 0 до 23 мм или для его закрытия от 23 мм до 0 при отсутствии стыкового сопротивления потребуется перепад температур, равный 78 °C. Эта величина для 25-метровых рельсов является постоянной в любом климатическом районе нашей страны. Поэтому шаблон для определения номинальных зазоров годится для одной или нескольких дистанций пути, где экстремальные расчетные температуры рельса отличаются друг от друга не более чем на 2 °C. Ошибка при этом не превысит 1 мм.
Для анализа температурной работы звеньевого пути необходимо знать температуру рельсов и фактические зазоры при отсутствии стыкового сопротивления, т. е. при ослабленных стыковых болтах. Отдельно взятый зазор не оказывает решающего влияния на надежность работы звеньевого пути, поэтому следует брать средний зазор на пикете. Перед наступлением максимальных расчетных температур принимается наименьший средний зазор, а для проверки работоспособности пути зимой — наибольший средний зазор на пикете. Если нет угрозы выброса пути летом, а зимой исключается изгиб болтов, то надежная работа пути обеспечена. Если угроза выброса или разрыва болтов присутствует, то необходимо попикетно проконтролировать надежность работы 25-метровых рельсов с наименьшим средним зазором в первом случае и наибольшим средним во втором.
Рекомендуется следующий порядок анализа температурной работы звеньевого пути. Для начала по результатам весеннего промера выбирают минимальный средний зазор на пикете. Среднюю наклонную линию движка совмещают со средней величиной стыковых зазоров на пикете при соответствующей температуре и определяют точку пересечения средней линии с линией нулевого или конструктивного стыкового зазора. При этом находят температуру, при которой образуется нулевой или конструктивный стыковой зазор соответственно. После чего определяют фактические сжимающие перепады температур от момента появления нулевого зазора до наступления максимальной температуры. Точка пересечения средней линии движка с линией конструктивных зазоров показывает температуру появления конструктивного зазора, которая может оказаться выше или ниже минимально расчетной. В первом случае исключается изгиб болтов, а во втором, наоборот, ожидается раскрытие зазора больше конструктивного и изгиб болтов. Фактические сжимающие перепады температур сравнивают с допустимыми значениями по условиям устойчивости рельсошпальной решетки, приведенными в табл. 1 (определены экспериментально ВНИИЖТом).
Если при анализе окажется, что фактические суммарные сжимающие силы превышают допустимые, то необходимо сделать разгонку или регулировку зазоров до наступления максимальных расчетных температур.

Удобство пользования шаблоном рассмотрим на следующих примерах. Требуется определить номинальные зазоры звеньевого пути с 25-метровыми рельсами типа Р65 на деревянных шпалах и щебеночном балласте в районе Саратова. Здесь годовая амплитуда колебания температуры составляет 101 °C (максимальная — 60 °C, минимальная — 41 °C), т. е. для данного региона рельсы длиной 25 м являются длинными, так как их годовые деформации превышают 23 мм.
Установив движок шаблона в положение, показанное на рис. 3, получим по средней косой линии график зависимости номинальных зазоров от температуры. Номинальному конструктивному зазору соответствует температура -41 + 5 = -36 °C, а номинальному нулевому -36 + 78 = 42 °C. При этом всегда нулевой зазор будет закрываться при температуре 47 °C, а конструктивный появляться при -41 °C. В момент наступления максимальной жары (60 °C) перепад температур на торцевое давление составит 13 °C, а с учетом стыкового сопротивления достигнет 13 + 5 = 18 °C. Однако это меньше допустимых перепадов температур по условию устойчивости пути на прямых и в кривых участках пути, приведенных в табл. 1. Это подтверждается и тем, что ограничители допускаемых перепадов температур на сжатие контура движка для прямых и кривых участков пути не выходят за пределы Ттах = 60 °C масштабного прямоугольника по горизонтали. На изменение зазора в пределах конструктивного значения без учета сопротивлений требуется перепад температур 78 °C или в среднем 3,4 °C на каждый миллиметр зазора.

При точности установки зазоров 1 мм таблицу номинальных зазоров для нашего случая будем составлять через 3 или 4 °C на каждый 1 мм зазора в пределах 78 °C (табл. 2).
Определим надежность работы звеньевого пути на Саратовской дистанции в момент наступления экстремальных расчетных температур, если при сплошном весеннем промере при температуре 10 °C минимальный фактический средний зазор на пикете при ослабленных накладках составил 5 мм.
На масштабной шкале градуированной сетки прямоугольника находим точку с координатами 5 мм, 10 °C и совмещаем ее со средней косой линией движка шаблона (рис. 4). Точка пересечения средней линии с линией нулевых зазоров указывает температуру, при которой на рассматриваемом пикете появятся нулевые зазоры. В нашем случае нулевой зазор образуется при температуре 10 + 3,4 х 5 = 27 °C, а фактический сжимающий перепад температуры от момента закрытия стыковых зазоров до наступления максимальной расчетной составит 60 - 27 = 33 °C. Сравнивая эту цифру с данными табл. 1, отмечаем, что на прямых и в кривых участках радиусом 600 м и более фактический сжимающий перепад температур не превышает допустимый по устойчивости звеньевого пути, и это подтверждает возможность его нормальной эксплуатации в летнее время. При наличии кривых радиусом 600 м и менее имеется угроза выброса пути, поэтому в таких кривых до наступления максимальных или близких к ним температур требуется разгонка и регулировка зазоров для обеспечения безопасности движения поездов. Если такие зазоры имеются на значительном протяжении, то укладывают укороченные рельсы, которые осенью заменяют на стандартные. На данном участке зазоры необходимо увеличить на 5 мм.
Если же такое состояние зазоров будет обнаружено осенью, то их разгонка и регулировка могут быть выполнены в плановом порядке после очередного весеннего промера — к этому времени положение зазоров существенно изменится и перераспределится. При этом зимой даже при минимальной расчетной температуре зазоры будут не более 19 мм, т. е. не достигнут своего конструктивного значения. Уменьшенные зазоры снижают уровень взаимодействия пути и подвижного состава и способствуют продлению их срока службы.
Кроме того, на рис. 4 штрихпунктирной линией для информации приведен анализ надежности работы звеньевого пути при среднем зазоре на пикете, равном 10 мм. Совмещая точку с координатами 10 мм, 10 °C на масштабном прямоугольнике со средней линией движка, видим, что в этом случае нулевой зазор появится при температуре 10 + 3,4 х 10 = 44 °C, а фактический перепад температур на сжатие в момент появления максимальной температуры составит 60 - 44 = 16 °C. Сравнивая это значение с данными табл. 1, отмечаем, что фактический перепад температур на сжатие в кривой радиусом 300 м меньше допускаемого. Это подтверждает возможность надежной работы звеньевого пути в крутых
кривых даже в момент наступления максимальных температур, которые проявляются один раз в несколько лет. На остальных пикетах проверяемого участка или перегона средние зазоры колеблются от 13 до 20 мм, что полностью обеспечивает надежную работу звеньевого пути летом.
Таким образом, шаблон поможет обеспечить оптимальную работу 25-метровых рельсов с наименьшими трудовыми затратами и должную безопасность движения поездов. Для снижения трудоемкости и времени контроля работоспособности звеньевого пути Управлению пути и сооружений ОАО «РЖД» следует внедрить на путеизмерительных комплексах программу автоматизированной системы контроля состояния стыковых зазоров.

__________________
Телеграм-канал ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНИК