бабулер105

Достаточно ли аргументов в пользу Р75?

НОВАКОВИЧ В.И., Ростовский государственный университет путей сообщения (РГУПС), докт. техн, наук, ЗАЛАВСКИЙ Н.И., РГУПС, канд. техн, наук, КАРПАЧЕВСКИЙ Г.В., РГУПС, канд. техн, наук, ШУБИТИДЗЕ В.В., РГУПС, канд. техн, наук, КАРМАЗИНА Л.А., РГУПС, канд. техн. наук.

Аннотация. Дан критический анализ аргументов «за и против» рельсов Р75. Сделан вывод о необоснованности использования этих рельсов.
Ключевые слова: рельсы тяжелого типа, напряжения, срок службы, устойчивость бесстыкового пути, дефекты контактно-усталостного происхождения.
В нашем журнале № 8 за 2023 г. в статье «Рельсы типа Р75: история вопроса и перспективы» [1] автор, М.Ю. Хвостик, попытался представить целесообразность применения рельсов типа Р75. При ознакомлении с содержанием этого материала возникает вопрос: «почему автор обходит молчанием аргументы против использования рельсов Р75, рассмотренные в давних и недавних наших публикациях [2—5]? По нашему мнению, прежде чем выступать за внедрение рельсов Р75, логично было бы подвергнуть критике высказывания против их применения. Однако в указанной статье этого нет. Мы же, следуя нашей логике, теперь должны проанализировать статью Михаила Юрьевича.
Ссылка в [1] на труд Г.М. Шахунянца [6] 84-летней давности не может свидетельствовать о том, что методику определения рекомендуемой там погонной массы рельсов можно применять в современных условиях. Приведенные в ней формулы иногда ошибочно воспринимались как детерминированные зависимости, найденные весьма авторитетным профессором, что послужило появлению искаженных представлений о том, какие рельсы в каких условиях следует укладывать. Эти формулы не имели физического смысла, они только аппроксимировали тенденции в технической политике, существовавшие тогда в разных странах мира. В своем последнем прижизненном издании учебника [7] Георгий Михайлович с рядом оговорок в самом конце книги (с. 510) поместил раздел «Приближенные связи между типом верхнего строения и различными эксплуатационными факторами». В нем он подчеркивал, что приведенные формулы «дают возможность для предварительной ориентировки установить приближенные связи». При переиздании учебника уже после кончины Г.М. Шахунянца [8] редакционная группа поместила эти формулы в первом разделе «Общие сведения о пути», этим как бы придав им большее значение, чем полагал сам автор.
В рассматриваемой статье [1] автор приводит таблицу под названием «Конструктивные особенности рельсов Р75», в которой отмечает четыре их преимущества и два «возможных отрицательных эффекта». Проанализируем содержание таблицы.
Первым преимуществом рельсов Р75 автор [1] считает увеличение высоты головки, так как это «позволяет создать дополнительный объем металла, на 26 % больший, чем в рельсах Р65, что обуславливает повышенную долговечность рельса в условиях износа и шлифования».
Если априори не предполагать, что чем больше масса, тем все будет лучше, то это не преимущество, а недостаток. В рельсе Р75 (проекта 1964 г.) больше металла в головке по сравнению с Р65, но только на 9,5, а не на 26 %. Что значит «позволяет создать дополнительный объем»? За счет перемещения металла в головку из шейки и подошвы? Известно, что повышенное относительное содержание металла в головке рельса при его изготовлении ведет к большему короблению при остывании, из-за чего при последующей холодной правке весьма существенно снижается качество рельсов в результате пластических деформаций и возникновения внутренних остаточных напряжений. Данный факт противоречит утверждению о том, что это «обусловливает повышенную долговечность». В железнодорожной энциклопедии [9], например, сообщалось, что «С увеличением поперечного сечения рельса, т. е. с повышением его жесткости возрастает доля выхода рельсов по контактно-усталостным дефектам (рельсов Р50 — 75 %; Р65 - 80 %; Р75 - 94 %)».

Вторым преимуществом рельсов Р75 автор [1] называет пропорциональное массе головки увеличение массы шейки и подошвы, что «уменьшает напряжения от изгиба и кручения и снижает появление практически неконтролируемых дефектов в подошве и шейке».
Такое утверждение было бы справедливым, если предполагать, что подрельсовое основание всегда и везде идеально ровное и предел упругости рельсовой стали ограничивает возможные деформации под поездной нагрузкой. Фактически же подрельсовое основание обычно имеет неровности в профиле и плане. Если исходить из основного правила инженерных расчетов — принимать наиболее неблагоприятные условия, т. е. учесть возможные по существующим нормативам неровности рельсов в плане и профиле, то при определении кромочных напряжений в рельсе получим результат, который свидетельствует о том, что чем больше масса, тем больше напряжения. Хотя расчет рельса на прочность вообще в настоящее время не имеет практического смысла, о чем, в частности, справедливо в работе [10] заявил М.Ф. Вериго — основной разработчик методики расчета еще пока, как видим, применяемой автором [1]. Такой вывод в [10] был сделан на основании того, что минимальные допускаемые напряжения в кромках рельсов при реально возможных самых неблагоприятных условиях никогда не могут быть превышены.
Третьим преимуществом рельсов Р75 автор [1] считает «Увеличение моментов инерции в вертикальной на 19 % и горизонтальной на 28 % плоскостях», что «увеличивает соответствующую жесткость рельса, повышая прочность и устойчивость пути». Тут, как видно, допущена неточность. Если иметь в виду плоскости изгиба рельса, то цифры должны быть поставлены наоборот: в горизонтальной 17 %, а в вертикальной 27 % (автор [1] не только перепутал, но и немного завысил проценты).
Как было отмечено выше, напряжения от увеличения изгибной жесткости рельса при одинаковых нормируемых и контролируемых путеизмерительными средствами деформациях не понижаются, а увеличивается.
Что касается устойчивости, то она зависит не только от момента инерции сечения, но еще и от площади поперечного сечения рельса, отрицательное влияние которой на устойчивость пути намного больше, чем положительное момента инерции. В формулах, определяющих устойчивость пути, продольная температурная сжимающая сила, а значит и площадь поперечного сечения учитывается в квадрате, а момент инерции сечения в первой степени.
В прошлом многие авторы (например, [11]) считали возможным за счет большей массы рельсов и снижения кромочных растягивающих напряжений в подошве увеличить устойчивость бесстыкового пути, повышая температуру закрепления рельсовых плетей. Такой вывод основывался на ошибочном предположении, что путь имеет идеально ровное подрельсовое основание, а допускаемый предел упругости рельсовой стали не выше 350 МПа.
В действительности же устойчивость бесстыкового пути существенно снижается при увеличении погонной массы рельсов, что элементарно доказано в статьях [2—5] и других источниках. Это положение можно считать основным, так как оно определяет безопасность движения на бесстыковом пути. Еще одним немаловажным фактором, отрицательно влияющим на безопасность движения при повышении массы рельсов, является снижение условий прочности стыковых болтов на концах рельсовых плетей, а также увеличение ширины раскрытия зазора при сквозном изломе плети или разрыве стыка.
Четвертым преимуществом рельсов Р75 автор [1] полагает увеличение высоты головки при сохранении ширины, что «уменьшает подголовочные напряжения

и препятствует развитию продольных трещин на переходе в шейку». При этом автор не приводит свидетельств о том, что такая проблема в настоящее время актуальна или вообще существует. Например, в фундаментальной работе [12], посвященной непосредственно данному вопросу, она не названа.
Существует, между тем, главное и наиболее существенное преимущество рельсов повышенной массы, о котором автор в [1] не упоминает — это уменьшение вертикального давления на подрельсовое основание, что может положительно влиять на расходы при текущем содержании пути. Это давление снижается примерно на 6—10 % при увеличении массы рельса с Р65 на Р75. Но использование этого преимущества не имеет существенного практического значения, поскольку улучшение качества подрельсовых прокладок и состояния балласта, чему в последние десятилетия в путевом хозяйстве уделялось повышенное внимание, влияют на уменьшение деформаций на порядок больше, чем увеличение массы рельса.
В числе «Возможных отрицательных эффектов» применения рельсов Р75 автор [1] упоминает, что «Увеличение погонной массы повышает жесткость конструкции и увеличивает интенсивность развития контактно-усталостных дефектов в головке».
Да, это один из главных недостатков рельсов повышенной массы, из-за которого увеличивается интенсивность образования наиболее распространенных и опасных для движения поездов дефектов контактно-усталостного происхождения, снижающих срок службы рельсов. Автор тут же в таблице предлагает это отрицательное качество компенсировать повышением интенсивности «профилактического шлифования рельсов», что однако увеличивает расходы на текущее содержание и снижает пропускную способность железной дороги. Считается, что профильное шлифование дает определенный экономический эффект, но оно не может быть панацеей, позволяющей беспредельно увеличивать погонную массу рельсов. В Европе намного раньше нас стали применять профильную шлифовку, но «тяжелых» рельсов погонной массой более 60 кг/м у них нет.
Вторым из «Возможных отрицательных эффектов» применения Р75 автор [1] в таблице указывает, что «Повышение центра кручения приводит к снижению коэффициента устойчивости от опрокидывания под действием боковых сил». При этом в основном тексте статьи автор [1] о такой проблеме не упоминает. В анализируемой таблице предложено провести «испытания узлов скрепления с рельсами типа Р75 на соответствие требованиям ГОСТ 32698—2014». Таким образом автор ставит применение рельсов Р75 в зависимость от результатов будущих испытаний промежуточных скреплений.
В выводах автор статьи [1] уже определил для рельсов Р75 и сферу их применения — грузонапряженность более 80 млн т-км брутто/км пути в год, и уменьшение выхода рельсов «не менее 25 %», и экономический эффект в 245 тыс. руб/км в год. Похожие цифры были озвучены лет 40 назад, но им не стоит безоглядно доверять, поскольку в те годы на все влияла гигантомания как общая тенденция технической политики. С учетом этой тенденции по формулам, приведенным в [6-8], на сегодня мы должны бы были иметь рельсы типа не менее чем Р100.
По нашему мнению, из приведенного выше анализа содержания статьи [1] следует, что применение рельсов типа Р75 не имеет под собой достаточно веского обоснования.

Список источников

1. Хвостик М.Ю. Рельсы типа Р75: история вопроса и перспектива // Путь и путевое хозяйство. 2023. № 8. С. 2—6.
2. Новакович В.И. О влиянии площади и формы поперечного сечения рельсов на устойчивость бесстыкового пути // Вопросы пути и путевого хозяйства. Харьков, 1963. С. 21—26. (Труды ХИИТа; вып. 66).
3. Необходимо забыть о рельсах Р75 и перейти от Р65 к Р58 / В.И. Новакович, Н.И. Залавский, Г.В. Карпачевский, М.В. Новакович, Л.А. Кармазина, В.В. Карпачевский //
Путь и путевое хозяйство. 2017. № 7. С. 21—23.
4. Новакович В.И., Карпачевский Г.В., Залавский Н.И. Способствует ли большая массивность элементов верхнего строения пути повышению его надежности? // Путь и путевое хозяйство. 2021. № 4. С. 26—28.
5. Новакович В.И. О применении рельсов тяжелого типа // Путь и путевое хозяйство. 2023. № 6. С. 29—30.
6. Шахунянц Г.М. Технико-экономические расчеты в путевом хозяйстве железных дорог. М.: Трансжелдориздат, 1939. 242 с. (Труды МИИТ; вып. 67).
7. Шахунянц Г.М. Железнодорожный путь: учебник. М.: Транспорт, 1969. 536 с.
8. Шахунянц Г.М. Железнодорожный путь: учебник. М.: Транспорт, 1987. 479 с.
9. Железнодорожный транспорт: энциклопедия. М., Большая Российская энциклопедия, 1995. (Раздел - контактные напряжения в рельсах).
10. Вериго М.Ф. Новые методы в установлении норм устройства и содержания бесстыкового пути. М.: Интекст, 2000. 184 с.
11. Мищенко К.Н. Бесстыковый рельсовый путь. М.: Трансжелдориздат, 1950. 88 с.
12. Шур Е.А. Повреждения рельсов. М.: Интекст, 2012. 192 с.

ARE THERE ENOUGH ARGUMENTS IN FAVOR OF THE R75 RAILS?

Novakovich Vasily — D. Sci., Professor, char «Railway and track facilities» Rostov State Transport University (RSTU). pph@rgups.ru
Zalavsky Nikolay — Ph.D., Assistant Professor, char «Railway and track facilities» (RSTU).
Karpachevsky Gennady — Ph.D., Assistant Professor, char «Railway and track facilities» (RSTU).
Shubitidze Viktoria — Ph.D., Assistant Professor, char «Theoretical mechanics» (RSTU).
Karmazina Lydmila — Ph.D., Assistant Professor, char «Metal technology» (RSTU).
Abstract. A critical analysis of the arguments is given - for and against the R75 rails. It is concluded that the use of these rails is unreasonable. Keywords: heavy type rails, stresses, service life, stability of a seamless track, defects of contact fatigue origin.