к каким последствиям приведет потеря устойчивости бесстыкового пути

352 Механизм потери устойчивости бесстыкового пути

В последние годы полигон бесстыкового пути ежегодно увеличивается приблизительно на 3 тыс. км в год, и его протяженность составляет уже около 65 % длины главных магистралей страны.

Быстрый процесс замены звеньевого пути на бесстыковой объясняется его преимуществами: уменьшается сопротивление движению поездов, увеличивается срок службы рельсов и шпал, сокращаются текущие затраты на ремонт, повышается комфорт для пассажиров.

Достоинства бесстыкового пути очевидны. Однако имеются очень важные особенности в поведении рельсовой плети при повышении температуры. Возникающие продольные силы могут достигать 160 тс. С учетом того, что рельсошпальная решетка имеет два рельса, суммарное значение возрастает до 320 тс.

Чтобы обеспечить устойчивость бесстыкового пути необходимо исключить угон рельсовых плетей и сдвиг шпал в балласте. Для выполнения первого из этих условий нужно обеспечить, как хорошо известно, силу прижатия рельса к одной шпале не менее 2 тс, что соответствует погонному сопротивлению, создаваемому скреплениями равному 2,5 тс/м. При смерзшемся балласте, зимой, это является определяющим фактором, и устойчивость пути гарантирована: и рельсы, и шпалы надежно зафиксированы. Но с мая по декабрь лимитирующий фактор — погонное сопротивление смещению шпал в балласте. Это усилие при слежавшемся балласте обычно составляет 1,3 тс/м. В рыхлом слое усилие сдвига снижается до совсем небольшой величины и составляет приблизительно 0,7 тс. Если учесть, что к продольным сжимающим рельсы температурным силам Рт = 320 тс может добавиться усилие от экстренного торможения поезда величиной до 70 тс, то очевидна высокая опасность выброса пути при такой слабой устойчивости шпал в балласте. Увеличивает вероятность сдвига рельсовых опор и боковая сила от колесных пар, достигающая на прямых участках пути значений 6 тс, а в кривых 16 тс.

Исследования показали, что выброс обычно происходит перед поездом, ближе к его хвостовой части или сразу после прохода состава.

По мнению автора, неисследованным и неучтенным пока фактором, существенно влияющим на вероятность потери устойчивости рельсошпальной решетки, является изгиб рельса катящимися колесами поезда. Это приводит к перепаду высот между шпалой, у которой в данный момент времени находится колесная пара локомотива или вагона, и соседней рельсовой опорой.

Феномен объясняется тем, что нагрузка от оси тележки на каждый рельс составляет 11,5 тс, а с учетом динамической составляющей, ползунов и волнообразного износа доходит до 20 тс. Поэтому при нахождении колеса, например, посередине между соседними шпалами происходит изгиб рельса примерно на 0,15—0,18 мм. Значительно усиливают изгиб отклонение рельса от прямолинейности и сжатие упругих рельсовых подкладок, а также самой балластной призмы. По результатам исследований значение осадки пути за счет амортизирующих свойств прокладок рельсовых скреплений и балластной призмы составляет (1,2+2,0) + (2,0-5-5,0) = = (3,2+7) мм. А это неизбежно приводит к появлению местного микроподъема на 3—5 мм на длине от 0,5 до 2,5 м плети перед и за колесной парой. Сущность этого процесса поясняется на рис. 1

Существенный изгиб рельса каждым катящимся колесом поезда приводит к смещению расположенных рядом и под ним шпал на несколько миллиметров вниз, а соседние рельсовые опоры, наоборот, поднимаются. Это показано на рис. 1, вид А.

Вследствие потери подошвами железобетонных брусьев контакта со щебнем происходит резкое уменьшение силы их фиксации в балластной призме. Поэтому перед и позади катящегося колеса возникают зоны длиной 0,5—3,0 м со значительно уменьшенным, примерно на 55—65 %, усилием сдвига шпал.

Это обстоятельство способствует дополнительному появлению и усилению микрорасстройств пути, а при многократном их накоплении и росте при каждом проходе колеса провоцирует выброс. На достижение недопустимых отклонений оказывают также влияние разница между действующей температурой и температурой закрепления рельса, условия торможения, профиль и состояние пути, распределение порожних и груженых вагонов, скорость движения, количество прошедших по участку колесных пар.

Для устранения потери устойчивости рационально применить шпалу с повышенным в 4,0—5,5 раз сопротивлением сдвигу, так называемую «зубатую» шпалу. Ее подошва содержит вбетонированные зерна щебня. Эти щебенки, как зубья бороны, усиливают связь шпалы с балластом. Что крайне ценно, эта способность не утрачивается в отличие от стандартных шпал, и при подъеме рельсовой опоры на 1—5 мм, так как длина выступающих на подошве зерен доходит до 50 мм и более. Поэтому потери контакта с балластом нет. Устройство «зубатой» шпалы показано на рис. 2.

Таким образом, применение рельсовой опоры новой конструкции позволит избежать негативного действия «бегущей» изгибной волны, возникающей из-за больших вертикальных нагрузок на путь и упругих свойств верхнего строения.

Источник

Сопротивление подъему путевой решетки (выдергиванию шпал из бал­ласта) влияет на устойчивость бесстыкового пути против вертикального выброса и зависит от рода и эпюры шпал, рода и степени уплотнения балласта.

Сопротивление стыков перемещениям концов рельсовых плетей оказы­вает существенное влияние на работоспособность бесстыкового пути.. Шестиболтовой стык, скрепленный полным количеством болтов из стали повышенной прочности, создает стыковое сопротивление 30 т при рель­сах типа Р65 и 20 т при рельсах типа Р50. Хорошо себя зарекомендова­ли восьмидырные накладки, которые в условиях Сибири при обычных бол­тах обеспечивали стыковое сопротивление около 40 т. Погонные и сты­ковые сопротивления оказывают большое влияние на температурные пере­мещения концов рельсовых плетей.

Длина участка «дыхания» конца рельсовой плети в общем случае опре­деляется по формуле

(3.17)

где — расчетные значения продольных (сжимающих или растягивающих) температурных сил в заданном районе;

— коэффициент линейного расширения, равный 0,0000118;

— перепад температуры от момента закрепления рельсовой плети

до наступления экстремальных температур;

R— стыковое сопротивление, кгс;

r— величина зимнего или летнего погонного сопротивления, кг/см.

В момент наступления максимальной расчетной температуры величина длины участка «дыхания»

(3.18 )

соответственно в момент наступления минимальной расчетной температуры

(3.19)

где — температура закрепления рельсовых плетей, принимаем равной 30 0 С.

При F=80,40 см 2 ; =30 0 С; 57 0 С; -36 0 С; согласно формул (3.18) и (3.19):

летом:

зимой:

Аналогичные расчеты выполняются при и неизменных остальных исходных данных

летом:

зимой:

По результатам расчетов на листе построена эпюра влияния погонного сопротивления на температурную работу бесстыкового пути.

По данным расчета построена эпюра влияния стыкового сопротивления на температурную работу бесстыкового пути, приведена на листе

На листе величина определяется по формуле

(3.20)

При F=80,40 см 2

Аналогично, при величина составляет соответственно 15 0 С и 20 0 С.

Из эпюры влияния погонного сопротивления видно, что в одном и том же месте при постоянном стыковом сопротивлении в момент наступления максимальной расчетной температуры уменьшение погонного сопротивления с 6,5 до 4 кгс/см вызывает увеличение участка «дыхания» конца рельсовой плети с 53 до 86 м. Аналогичная картина наблюдается и зимой, когда уменьшение вдвое погонного сопротивления, увеличивает в два раза участок «дыхания». В это же время и возрастают и температурные деформации рельсовых плетей.

Из эпюры влияния стыкового сопротивления видно, что с увеличением стыкового сопротивления уменьшается длина «дыхания» конца рельсовой плети. Увеличение стыкового сопротивления с 20 тс до 40 тс уменьшает участок «дыхания» с 53 м до 22 м летом и с 45 м до 37 м зимой. Перемещение конца рельсовой плети при этом так же уменьшается.

При плохом закреплении клеммных болтов каждые 100 м плети при изменении температуры на 1 0 С укорачивается или удлиняется на 1,2 мм. При значительных колебаниях температуры это недопустимо, так как может произойти излом плети или срез стыковых болтов зимой; в жаркую погоду при плохом закреплении путь может быть выброшен. Вот почему постоянное поддержание высоких погонных и стыковых сопротивлений, поддержание в исправном состоянии поперечного профиля балластной призмы – основная гарантия нормальной работы бесстыкового пути и обеспечения безопасного движения поездов.

3.4 Разрядка температурных напряжений в рельсовых плетях

3.4.1 Основные требования

Разрядка внутренних температурных напряжений в рельсовых плетях производится:

— при вводе в расчётный интервал тем рельсовых плетей, уложенных (или сваренных) вне расчётного интервала;

— накануне выполнения путевых работ, уменьшающих боковую устойчивость бесстыкового пути в летнее время года пример, при сплошной очистке щебёночного балласта щебнеочистительной машиной, сплошной выправке пути с подъёмке производимых при температуре рельсов, превышающей допус­тимую;

-при обнаружении признаков, способных привести к по­тере устойчивости бесстыкового пути в процессе эксплуатации, например, при внезапном появлении угла в плане в жаркую лет­нюю погоду.

Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).

Источник

2.2. Устойчивость бесстыкового пути и определяющие ее факторы

Обеспечение устойчивости – одна из основных проблем устройства и содержания бесстыкового пути. Обычно рассматривают несколько причин, влияющих на возникновение предельного состояния бесстыкового пути по устойчивости при движении поездов.

Первая причина заключается в том, что перед движущимся колесом возникает зона, где рельс несколько приподнимается по сравнению со своим исходным положением. В этой зоне отрицательного прогиба максимальный подъем рельса составляет всего 4 % от прогиба под колесом. Однако и при таком небольшом его поднятии уменьшаются силы сцепления шпал со щебеночным основанием и сопротивление пути перемещению.

Вторая причина – изменяется устойчивость пути при его вибрации позади и впереди движущегося поезда.

Третья причина – происходит угон пути. При наличии надежной упругой связи рельсовых плетей с основанием эти силы относительно не велики. Однако, если на длине плети имеются участки, где плохо закреплены клеммы промежуточных скреплений, при проходе поезда по ним возникают местные подвижные плети с образованием на их концах значительных по величине дополнительных сил сжатия или растяжения. Складываясь с температурными продольными силами, они могут вызвать нарушение устойчивости путевой решетки.

Критическую продольную сжимающую силу, которая вызывает потерю устойчивости путевой решетки, стремились определить как теоретически, так и экспериментально.

Известны различные теоретические подходы к определению критической силы, разработанные в России К.Н. Мищенко, С.П. Першиным, С.И. Морозовым, А.Я. Коганом и другими учеными. В последние годы М.Ф. Вериго предложен метод имитационного моделирования устойчивости бесстыкового пути. А.Я. Коганом разработана методика расчета устойчивости бесстыкового пути, учитывающая взаимосвязь критической сжимающей силы в рельсовых плетях с размерами неровностей в прямых и кривых участках пути.

Экспериментальные исследования включают в себя как определение отдельных характеристик сопротивляемости бесстыкового пути и отдельных его элементов выбросу (силы сопротивления шпал перемещениям и промежуточных скреплений повороту рельса, моменты инерции путевых решеток и др.), так и создание специальных участков пути – стендов, на которых воссоздаются условия и изучаются процессы, сопровождающие процесс потери устойчивости бесстыкового пути.

Важнейшее значение имели результаты экспериментальных исследований, проведенных в 60-х годах прошлого века под руководством Е.М. Бромберга на опытном стенде ВНИИЖТа. Наблюдения за искривлением путевой решетки на стенде при нагревании рельсов позволили выяснить, как протекает процесс потери устойчивости. Было установлено, что при существующих соотношениях жесткости пути в горизонтальной и вертикальной плоскостях процесс потери устойчивости проходит лишь в горизонтальной плоскости.

До некоторого значения температуры t_к продольная сжимающая сила возрастает до величины N_к, причем поперечные перемещения путевой решетки при этом не происходят. При дальнейшем повышении температуры появляются нелинейно изменяющиеся такие перемещения путевой решетки, растущие сначала медленно, а затем при достижении некоторой температуры t_зк – весьма быстро. На конечной стадии перемещения приобретают динамический характер, и происходит выброс пути.

Если нагревание рельсовых плетей прекращалось в интервале температур рельсов от t_к до t_зк и в дальнейшем они остывали, то путь оставался деформированным. При повторном нагревании уже искривленного пути выброс происходил, когда значения температур были они уже меньше.

Е.М. Бромберг предложил конструкцию и интервалы закрепления рельсовых плетей бесстыкового пути выбирать следующим образом, чтобы предотвратить наступление первого критического состояния – начала подвижек путевой решетки.

Наблюдения показали, что при потере устойчивости бесстыкового пути в кривых участках выброс происходит всегда наружу кривой. Сначала возникает поперечная сдвижка путевой решетки на небольших по длине участках(8–12 м). Непосредственно перед выбросом наружная рельсовая плеть в кривых при щебеночном балласте в плане имеет отклонения от первоначального положения, равные 15–25 мм, а при асбестовом балласте всего 5–6 мм.

Допустимое по условиям обеспечения устойчивости бесстыкового пути повышение температур рельсов было определено в ходе экспериментальных исследований, на основании которых в Приложении 2 к «Техническим указаниям по устройству, укладке, содержанию и ремонту бесстыкового пути» даны значения величин [∆t_у] для вновь уложенных или переложенных повторно рельсовых плетей при различных конструкциях верхнего строения пути.

В качестве примера приведем значения допустимого повышения температур рельсовых плетей бесстыкового пути с балластным слоем из щебня скальных пород.

Таблица 2.2 – Допускаемое повышение температуры рельсов

Допустимое повышение температур рельсов, °С

Источник

Особенности содержания бесстыкового пути

В Инструкции по текущему содержанию железнодорожного пути, утвержденной МПС РФ в 2000 г. (ЦП-774) отмечены особенности содержания бесстыкового пути. В ЦП-774 указано, что держанию бесстыкового пути предъявляются специальные требования по сравнению со звеньевым путем, связанные со значительными продольными температурными силами, появляющимися в рельсовых плетях при больших изменениях температуры рельсов по сравнению с температурой их закрепления.

В летнее время при минимальной температуре закрепления 20 °С (в ТУ-2000 для северных районов России — это еще оптимальная температура) продольная сжимающая сила в двух рельсах бесстыкового пути, если их температура достигает 60 °С, равна 1600 кН. В южных районах России при минимальной температуре закрепления 30 °С (оптимальная равна 35 ±5 °С) разница в летнюю жару не может быть более 35 °С. Однако не следует считать, что в северных районах из-за этого путь во время эксплуатации будет более устойчивым, так как имеет значение еще и длительность действия максимальных сжимающих продольных сил. Длительность действия сжимающих сил для обеспечения устойчивости должна составлять на бесстыковом пути не более 1/10 от длительности действия растягивающих сил. Обеспечение такого условия необходимо для того, чтобы не произошел выброс, так как для нормального, и даже минимального, удовлетворительного состояния пути запас устойчивости достаточно велик. Соблюдение пропорции 1/10 необходимо для обеспечения возможностей своевременного производства ремонтных работ, включая текущее содержание пути, без необходимости предварительного перезакрепления рельсовых плетей на более высокую температуру.

За время длительного сохранения в рельсах всего лишь нулевой температуры зазоры в стыках раскрываются до размеров, превышающих 21 мм. В таких случаях стыковые болты начинают работать на изгиб и срез. При наступлении отрицательных температур срез болтов становится реальным и тогда приходится менять уравнительный рельс на удлиненный. Затем в таких уравнительных пролетах весной необходимо срочно вновь заменять удлиненный рельс на нормальной или укороченный. Чтобы свести к минимуму работы по регулировке зазоров на концевых участках бесстыкового пути, необходимо во время укладки рельсовых плетей и при их перезакреплении концевые участки закреплять при минимальной температуре в пределах оптимального интервала. Установление нулевых зазоров и подкрепление болтов промежуточных скреплений производится в конце лета — начале осени (пока зазоры нулевые, или близкие к ним).

Рис. 8.13. «Маячная» шпала для контроля смещения рельсовой плети: 1 — риска; 2 — линия совмещения риски с кромкой подкладки

При текущем содержании бесстыкового пути первоочередной работой бригад монтеров пути является своевременное подкрепление болтов промежуточных скреплений, что необходимо для обеспечения нормального прикрепления рельсовых плетей на шпалах. Если эта работа выполняется, то угона рельсовых плетей можно не ожидать. И, наоборот, если содержанию болтов промежуточных скреплений не уделено должного и своевременного внимания, то может начаться угон рельсовых плетей. Угон — самая опасная деформация железнодорожного пути, которая влечет за собой другие деформации, быстро разрушающие верхнее строение пути, приводя его в аварийное состояние. Угон несоизмеримо легче предотвратить, чем при его возникновении бороться с его последствиями. Контроль за стабильностью положений рельсовых плетей в осевом направлении проводят по «маячным» шпалам, служащих временными реперами, относительно которых можно заметить перемещение отметки на рельсе вдоль оси пути. «Маячная» шпала (рис. 8.13) должна достаточно плотно лежать в балласте; на шпале или на подкладке, хорошо закрепленной на ней, должна быть видна постоянная точка, относительно которой смещение риски на подошве рельса можно измерить с точностью до 1 мм. Для быстрого нахождения «маячных» шпал их поверхность окрашивают несмываемой краской. Против постоянной точки на шпале на подошве рельса несмываемой краской наносится метка, по которой острым предметом прочерчивается тонкая риска. Контроль за положением рельса относительно «маячных» шпал осуществляется ежемесячно.

Работы по текущему содержанию нельзя ставить в зависимость от величины смещения контрольных сечений на рельсе относительно «маячных» шпал. Прежде всего необходимо осуществлять контроль за состоянием натяжения болтов промежуточного скрепления — степенью прижатия рельса к шпале. Если произошло смещение рисок на величину до 5 мм, то это свидетельствует о серьезных упущениях в содержании скреплений и о неудовлетворительном состоянии пути. В соответствии с ТУ-2000 и ЦП-774 меры по закреплению болтов после обнаружения смещений до 10 мм и по регулировке продольной силы в рельсах при смещениях более 10 мм следует считать запоздалыми. При этих смещениях назначается вынужденная мера — ограничение скорости до 40 км/ч, имеющая цель предотвратить тяжелые последствия, связанные с возможной потерей устойчивости рельсошпальной решетки.

Изменение температуры закрепления t3 на дельта t, определенное по формуле

где дельта t — удлинение или укорочение 100-метрового участка плети, мм, l = 100 м (расстояние между «маячными» шпалами) нужно считать приближенным с возможной ошибкой до 10—15 °С. Ошибка обусловлена тем, что величина продольной силы на 100-метровом участке берется осредненной; возможны ошибки при линейных и температурных измерениях, так как «маячная» шпала является далеко не совершенным репером. Другого метода ориентировочного определения фактических изменений продольных сил в рельсовой плети, пригодного для практического использования, пока нет.

В связи с тем, что далеко не всегда есть уверенность в удовлетворительной точности, отмеченной в Журнале учета или в паспорте-карте температуры закрепления при любых работах текущего содержания, ослабляющих связь рельсошпальной решетки с балластом, место работ всегда следует ограждать, как минимум, сигналами «остановка» у красного, выдавая машинистам соответствующие предупреждения.

Руководители путевых работ на бесстыковом пути должны иметь средства для измерения температуры рельсов, а также пользоваться ежесуточными и длительными прогнозами температуры рельсов, чтобы правильно планировать время и способы производства работ. Руководители работ должны иметь при себе выписку о величине температуры закрепления рельсовых плетей на участке работ и руководствоваться таблицами 4.1 и 4.4 ТУ-2000, регламентирующими допускаемые во время работы отступления от температуры закрепления.

Путевые ремонтные работы, связанные с временным ослаблением устойчивости рельсошпальной решетки против выброса, разрешается производить, если отклонения температуры рельсовых плетей от температуры их закрепления в течение всего периода не превышает значений указанных в ТУ-2000 (табл. 8.45).

При температурах рельсовых плетей, превышающих температуру их закрепления более, чем указано в табл. 8.45, не допускается производить работы, связанные с ослаблением сопротивления бесстыкового пути боковому и вертикальному перемещению. Выполнение таких работ в летний период времени следует планировать на ранние утренние или поздние вечерние часы, руководствуясь прогнозами геофизических станций. В исключительных случаях, если необходимо производить неотложные работы, связанные с безопасностью движения поездов, при отклонениях температуры рельсовых плетей превышающих значения, приведенные в табл. 8.45 (в ТУ-2000 табл. 4.1), то до их начала нужно перезакрепить рельсовые плети на более высокую температуру.

Исправлять просадки, толчки и перекосы укладкой или заменой прокладок толщиной до 10 мм между подошвой рельса и подкладками разрешается, если превышение температуры рельсовых плетей менее 15 °С температуры их закрепления. Клеммные болты при этом ослабляют одновременно не более чем на семи шпалах подряд, а клеммы не снимают. Одиночную смену подкладок, прокладок, клеммных и закладных болтов, пружинных шайб, клемм при температуре плетей, превышающей температуру их закрепления на 15 °С и больше, можно выполнять одновременно не чаще чем через 10 шпал.

Во избежание изменения установленных зазоров разбирать и ослаблять стыки на концах рельсовых плетей, а также между уравнительными рельсами при температурах, отличающихся от температуры закрепления плетей более чем ±5 °С, не рекомендуется. В случае особой необходимости разрешается разбирать стыки при температурах, отличающихся от температуры закрепления рельсовых плетей не более чем на 20 °С; при этом зазор может измениться примерно на 1 см. Для восстановления нормального зазора с наступлением температур, близких к температуре закрепления рельсовой плети, конец ее на протяжении 40—50 м должен быть освобожден от закрепления и после свободного изменения длины участка плети, вывешенного на ролики или пластины, вновь закреплен. При отсутствии зазоров зажатый уравнительный рельс Удаляют после вырезки из него куска газовой резкой при закрепленных болтах промежуточного скрепления.

Поскольку при применении машин тяжелого типа бесстыковой путь подвергается силовым воздействиям, передаваемым на рельсы их рабочими органами, а связь рельсошпальной решетки с балластом уменьшается, не следует выполнять работы при температурах отличающихся от температуры закрепления на величину более допускаемой в ТУ-2000 (табл. 8.46).

Если фактическое отступление от температуры закрепления выходит за допустимые пределы, то это значит, что при планировании работ была допущена ошибка и от выполнения этого вида ремонта следует отказаться.

При температуре рельсов более, чем на 30 °С выше и на 60 °С ниже температуры закрепления требуется усиление контроля за состоянием бесстыкового пути. Это требование не следует считать недостатком бесстыкового пути. На звеньевом пути также следует усиливать контроль при экстремальных и близких к ним температурах. На звеньевом пути более вероятны появления различных неисправностей, связанных с температурными продольными силами в рельсах. В связи с этим в районах Севера, Сибири и Дальнего Востока применение бесстыкового пути предпочтительнее звеньевого. Чтобы не иметь при экстремальных температурах во время текущего содержания описанных проблем на концевых участках рельсовых плетей, нужно применять бесстыковой путь со сверхдлинными рельсовыми плетями протяженностью минимум до перегона.

Admin добавил 23.11.2011 в 10:52
Вы можете дополнить или изменить данную статью, нажав кнопку Редактор

Источник