[03-2024] Крепление металлических частей стрелочных переводов к железобетонному основанию

[Admin]

Крепление металлических частей стрелочных переводов к железобетонному основанию

ЕРШОВ Д.С., АО «Муромский стрелочный завод», главный конструктор

В соответствии со стратегией научно-технологического развития холдинга «РЖД» на период до 2025 г. и на перспективу до 2030 г. («Белая книга») конструкция верхнего строения пути должна значительно повысить свою стабильность и надежность, что позволит увеличить ее ресурс и, соответственно, период между капитальными ремонтами пути. Элементы верхнего строения (рельсы, шпалы, промежуточные скрепления) должны иметь срок службы не менее 1500 млн т брутто, стрелочные переводы — не менее 750 млн т. В настоящее время ресурс типовых стрелочных переводов, используемых на сети ОАО «РЖД», составляет 280—350 млн т брутто.
Схемы ремонтов стрелочных переводов на участках с большой грузонапряженностью предполагают периодическую замену наиболее изнашиваемых элементов (рамный рельс с остряком, крестовина). При этом ресурс железобетонного основания и элементов крепления к нему должен составлять не менее чем двойной ресурс металлических частей перевода. Указанные обстоятельства не позволяют использовать типовые конструкции промежуточных рельсовых скреплений в современной стрелочной продукции.
При переходе на железобетонное подрельсовое основание основным скреплением для верхнего строения стало клеммно-болтовое КБ-65, которое начало массово применяться на отечественных магистралях с 80-х годов прошлого века. В раздельном подкладочном скреплении КБ-65 подошва рельса удерживается двумя жесткими клеммами, крепящимися с помощью клеммных болтов и двухвитковых шайб, а сама подкладка фиксируется на железобетонной шпале двумя закладными болтами.
При переустройстве стрелочных переводов на железобетонное подрельсовое основание за основу была взята конструкция все того же клеммно-болтового скрепления КБ-65, при этом до 1990-х годов вместо клемм и реборд использовались лапки-удержки (рис. 1).
В конце 1990-х был осуществлен переход на более привычную для нас конструкцию стрелочных подкладок с высокими ребордами, что позволило везде применять жесткие клеммы ПК скрепления КБ (рис. 2). Сами подкладки по-прежнему крепились к железобетонным брусьям закладными болтами.

В 2000-х годах конструкцию скреплений для некоторых стрелочных переводов усовершенствовали: закладные болты заменили на шурупы (шурупно-дюбельный тип скрепления), жесткие клеммы ПК — на упругие типа ОП-Ю5 или Skl-12/32 (рис. 3).
В 2007 г. ОАО «РЖД» приняло решение не использовать при капитальных ремонтах пути рельсошпальную решетку со скреплениями, имеющими резьбовые прикрепители (КБ-65). Это оказало существенное влияние на процесс создания и внедрения новых конструкций скреплений, появилась конкуренция, в том числе с ведущими зарубежными производителями. Сейчас в распоряжении ОАО «РЖД» имеется набор скреплений для различных условий эксплуатации, отвечающих всем актуальным требованиям. Однако, несмотря на планомерный переход на новые пружинные скрепления в течение последних десятилетий, резьбовое скрепление КБ-65 с жесткой клеммой пока остается самым распространенным на сети российских железных дорог — 55 тыс. км из общей протяженности 123 тыс. км.
Запрет на скрепления с резьбовыми прикрепи-телями не коснулся стрелочной продукции, и в настоящий момент на сети ОАО «РЖД» используется более 90 % стрелочных переводов на железобетонных брусьях с такими скреплениями. Получается, что на обычном пути полигон распространения современных пружинных скреплений увеличивается из года в год благодаря капитальным ремонтам, а стрелочные переводы эта инновация обошла стороной. В настоящее время на сети эксплуатируется более 153 тыс. стрелочных переводов, более 95 тыс. из них на железобетонном подрельсовом основании с морально устаревшим клеммно-болтовым скреплением (остальные переводы — на деревянном основании).
Учитывая изложенное, а также то, что новые современные конструкции стрелочных переводов сейчас находятся в стадии разработки и внедрения (выполняется программа модернизации стрелочной продукции ОАО «РЖД») и требуется время на переход на новые конструкции, в ближайшие годы основной объем стрелочной продукции будет продолжать поставляться на устаревшей элементной базе. Таким образом, консервативный подход к развитию стрелочного хозяйства в прошлом может стать ограничивающим фактором по выполнению стратегических задач ОАО «РЖД» в будущем.

О термине «промежуточное рельсовое скрепление». Казалось бы, это словосочетание давно устоялось, стало привычным, но насколько оно верно в техническом отношении? Слово «скрепление» происходит от глагола «скреплять», который применяют к однородным изделиям, которые нужно соединить между собой, например, скрепить листы бумаги, бревна, брусья и т. д.
В отечественной путейской практике термин «скрепление» приобрел двоякое значение: под ним подразумевают стыковые рельсовые скрепления и промежуточные. Если со стыковыми все логично (соединение однородных изделий — рельсов), то с промежуточными не совсем — ведь под ними понимаются узлы крепления рельсов (или металлических частей стрелочных переводов) к основанию (шпалам, брусьям, рамам, плитам и т. д.).
В зарубежной железнодорожной литературе узлы крепления рельсов к основанию называют «rail fastening systems», «schienenbefestigungs systeme» (Pandrol, Vossloh, AGICO, DIN EN и др.). Слово «fastening» или «festigungs» можно перевести по-разному — и как «скрепление», и как «крепление». Обычно указанное словосочетание переводят как «система крепления рельсов» и это, пожалуй, наиболее верный вариант.
В узле промежуточного рельсового скрепления мы прикрепляем рельс к основанию через промежуточные элементы (прокладки, подкладки) с помощью крепежных деталей (клеммы, гайки, шурупы и др.). При этом многие слово «промежуточное» опускают, употребляя лишь сочетание «рельсовое скрепление», что неправильно, так как его следует применять только по отношению к стыкам рельсов.
Получается, что, назвав два совершенно разных элемента верхнего строения пути «рельсовыми скреплениями», для их отличия к одному добавили слово «промежуточные», а к другому — «стыковые». Однако «стыковые рельсовые скрепления» — очень длинное и редко употребляемое словосочетание, обычно говорят просто и коротко — «стык».
Если учесть, что мы рельсы прикрепляем к основанию, а не скрепляем между собой, то для исключения путаницы и подмены понятий логично было бы назвать этот элемент «узлом или системой крепления рельсов (металлических частей стрелочного перевода) к основанию».

Специалисты АО «Муромский стрелочный завод» (АО «МСЗ») за последние восемь лет изготовили и апробировали в эксплуатации несколько современных конструкций промежуточных рельсовых скреплений, разработанных специально для стрелочных переводов.
Скрепление ПКБ И на основе упора ВП920.1311. В этом скреплении (рис. 4) вопрос регулировки ширины колеи и передачи горизонтальных поперечных сил от колес поездов на железобетонное осно
вание решен за счет использования эксцентриковых боковых упоров ВП920.1311, которые жестко крепятся к брусу удлиненными шурупами в одном из четырех возможных положений. При этом подкладка фиксируется на брусе стандартными шурупами. Таким образом, количество шурупов и двухвитковых шайб (под головками шурупов) в скреплении этого типа увеличивается вдвое. В то же время сложность изготовления подкладок уменьшается за счет упрощения механической обработки их торцов — не требуется делать выкружки, вполне достаточен ровный срез под 90°.

По результатам сборки и эксплуатации перевода проекта ВСП014 со скреплениями ПКБ И отмечены следующие особенности: диапазон регулировки эксцентриковых упоров (±4 мм) оказался недостаточен (уже при сборке перевода большую часть упоров потребовалось выставить в положение максимальной регулировки). Одним из возможных выходов из этой ситуации является
комплектация перевода дополнительными регулировочными упорами с большим диапазоном регулировки;
использование шурупов двух разновидностей (разной длины) при схожести их головок ведет к ошибкам. При случайном закручивании удлиненных шурупов вместо стандартных возможно раскалывание железобетонных брусьев;
слишком маленький — всего до 5 мм — диапазон регулировки подкладки по высоте. При необходимости большей высоты подкладка начинает выступать (приподниматься) над полимерным
упором;
невозможность применения этих скреплений в бесподкладочных конструкциях в связи с раздельным креплением подкладки и упора;
для правильной затяжки шурупов с нормативным крутящим моментом необходимо использовать динамометрический ключ, который зачастую отсутствует у работников службы пути. Кроме того, для каждого шурупа момент затяжки разный: крепление упоров осуществляется с крутящим моментом 25—30 кгсм, крепление подкладок — 20—25 кгс-м. Учитывая, что дистанции пути не оснащаются динамометрическими ключами, необходимо включить их в комплектацию переводов.

Скрепление на основе клеммы SL-1. В этом скреплении (рис. 5), созданном с использованием зарубежного опыта (компания «Швихаг»), упругая фиксация подкладки к брусу реализована с помощью пружинной клеммы SL-1. Такой способ прикрепления рельсового элемента к железобетонному брусу делает узел малообслуживаемым за счет отсутствия необходимости подтяжки шурупов при эксплуатации. В сравнении со скреплением, используемым в переводе ВСП014, в этом варианте отсутствуют дополнительные шурупы, крепящие подкладку, однако конструкция подкладки становится значительно сложнее. Полимерный упор и клемма разработаны таким образом, чтобы была возможность крепить как подкладку, так и подошву рельса в случае использования этого узла в бесподкладочных скреплениях. Так как толщина подошвы рельса составляет 11 мм, приходится уменьшать толщину торцов подкладок до этого размера.
Кроме того, торец подкладки имеет специальные выступы для защиты от смещения подкладки вдоль рельса.
Ширина колеи регулируется за счет комплектации перевода дополнительными регулировочными упорами различной ширины. Регулировка возможна в диапазоне ±5 мм.

По результатам эксплуатации в качестве недостатка отмечено, что в скреплении на основе клеммы SL-1 отсутствует возможность регулировки подкладки по высоте, так как у боковых полимерных упоров нет реборды. Кроме этого, для правильной затяжки шурупов с нормативным крутящим моментом 30—35 кгс-м также необходим динамометрический ключ, которого нет в наличии у линейных работников службы пути.
Скрепление на основе клеммы ЖБР-65. Этот вариант скрепления (рис. 6), применяемый как на магистральных стрелочных переводах, так и в метрополитенах, отличается от скрепления, рассмотренного выше, формой бокового упора, шурупом и клеммой ЖБР. Регулировка ширины рельсовой колеи увеличена до ±6 мм на узел. Она осуществляется с помощью дополнительных упоров различной длины. Появилась новая полезная опция визуального контроля нормативной затяжки шурупов — касание шайбой полимерного упора свидетельствует о нормативном прижатии рельса к основанию (не нужен динамометрический ключ). Конструкция скрепления допускает регулировку подкладки по высоте до 10 мм. Данная система крепления рельса к основанию также является малообслуживаемой. Подкладки, с точки зрения сложности изготовления, идентичны подкладкам скрепления с клеммой SL-1. Оба варианта могут использоваться в подкладочных и бесподкладочных конструкциях.

По результатам сравнительных эксплуатационных испытаний скрепление с клеммой ЖБР показало преимущество и целесообразность широкого применения, так как в ее конструкции используются типовые клемма и шуруп, такие же, как и для стандартного пути со скреплениями семейства ЖБР. За весь период эксплуатации (пропущено более 300 млн т брутто) не отмечено ни одного случая излома клемм или появления остаточных деформаций. Регулировка колеи за счет различных по длине полимерных упоров оказалась практичной и понятной для путейцев, занятых текущим содержанием стрелочных переводов, и выполняется ими без каких-либо проблем. При этом диапазон регулировки ширины колеи (±6 мм) в большинстве случаев достаточен, лишь на некоторых дистанциях были отмечены единичные случаи установки дополнительных закладок при максимальной регулировке. Учитывая это, уменьшать диапазон варьирования ширины колеи нецелесообразно.


Для изучения работниками службы пути новой конструкции скреплений предусмотрено нанесение QR-кода на рамном рельсе и паспорте стрелочного перевода. При его считывании любым мобильным устройством предоставляется доступ на сервер АО «МСЗ», где изложена вся необходимая для эксплуатации информация и документация, в том числе инструкции по монтажу и регулировке, а также учебные видеоролики.
Бесподкладочные скрепления для стрелочных переводов. Анализ работы современных узлов упругих скреплений на стрелочных переводах показал, что в ряде случаев можно обойтись без использования подкладок (рис. 7).

На рис. 8 представлена схема передачи поперечных сил от подвижного состава на железобетонное основание через узел скрепления при бесподкладочном и подкладочном вариантах. Видно, что подкладка в современных конструкциях скреплений является лишь промежуточным звеном при передаче боковой силы от подошвы рельса на боковой полимерный упор и далее на бетон. В подкладочных вариантах стабильность ширины колеи теоретически может быть несколько выше за счет лучшего сопротивления изменению подуклонки рельсов под поездной нагрузкой, но при этом количество допусков и конструкционных зазоров больше.

В то же время бесподкладочная конструкция позволяет существенно уменьшить металлоемкость стрелочных переводов, а также упростить обслуживание за счет сокращения числа резьбовых соединений, которые необходимо подкреплять и смазывать два раза в год. Количество прикрепителей на переводе с бесподкладочными скреплениями уменьшается вдвое, что позитивно отражается на скорости его сборки, простоте монтажа-демонтажа узлов, оперативности выполнения работ текущего содержания.
Перечисленные преимущества позволили поставить вопрос о создании стрелочного перевода с бесподкладочными скреплениями. В настоящее время Муромским стрелочным заводом разработан новый проект перевода типа Р65 марки 1/11 в бесподкладочном исполнении МСЗ.8442. В 2024 г. запланирована его укладка для проведения эксплуатационных испытаний, по результатам которых будут определены сферы рационального применения новой конструкции. Аналогичные бесподкладочные переводы успешно применяются на железных дорогах Казахстана и в Московском метрополитене.

Железобетонное подрельсовое основание. Одной из наиболее сложных задач при разработке новой стрелочной продукции, в том числе при переходе на инновационные виды скреплений является необходимость освоения производством соответствующего железобетонного подрельсового основания. Существующая технология изготовления железобетонных брусьев и имеющийся парк формо-оснастки выступают в данном случае сдерживающим фактором и не позволяют быстро перейти на массовый выпуск стрелочных переводов новых проектов. Производители стрелочных брусьев должны повысить мобильность переналадки своего оборудования, чтобы ускорить внедрение новых конструкций.

Вывод. В настоящее время разработана и испытана новая элементная база для современной стрелочной продукции (в части применения промежуточных скреплений), которая обладает явными преимуществами по отношению к устаревшей, но еще используемой сегодня.
Для достижения запланированных на перспективу ресурсных показателей по стрелочным переводам необходимо принять решение об ограничении использования устаревшей элементной базы при проектировании новых конструкций.

Список источников

1. Глюзберг Б.Э. Стрелочное хозяйство российских железных дорог: проблемы и перспективы // РСП Эксперт. 2015. № 3. С. 36-37.
2. Глюзберг Б.Э. Перспективы развития стрелочной продукции для российских железных дорог // Внедрение современных конструкций и передовых технологий в путевое хозяйство. 2015. Т. 8, № 8 (8). С. 34—38.
3. Патент № 185445 РФ, Е01В 9/66. Промежуточное скрепление для стрелочных переводов с возможностью регулировки ширины колеи / Радыгин С.Ю., Низамиев М.Р., Алексеев А.В.; патентообладатель ОАО «РЖД». № 2018102145; за-явл. 19.01.2018; опубл. 05.12.2018; Бюл. № 34.
4. Глюзберг Б.Э. Модернизация и совершенствование стрелочных переводов // Железнодорожный транспорт. 2015. № 7. С. 54-57.