CC BY
68
Ковенькин Д.А., Ливенцев Е.А., ДомбровскийЮ.П. УДК 693.546.4
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ РЕЛЬСОВЫХ СКРЕПЛЕНИЙ ТИПА ОП-105 И КБ-65 ПРИ ПРОХОДЕ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА НА УЧАСТКАХ СЕВЕРОМУЙСКОГО ТОННЕЛЯ
В Северомуйском тоннеле эксплуатируется безбалластная конструкция верхнего строения пути из рельсов типа Р-65 на железобетонных шпалах, замоноличенных в путевой бетон, со скреплением типа КБ-65.
За время эксплуатации железнодорожного пути на участках Северомуйского тоннеля наблюдается наличие большого количества участков пути с просадками, отрясенными шпалами, а в некоторых местах - отрыв целых блоков путевого бетона. Высокая вертикальная жесткость конструкции железнодорожного пути, применяемого в Северомуйском тоннеле, является одной из причин, способствующей появлению таких разрушений. Вибрации, возникающие при качении колёсных пар по рельсам, из-за неизбежного присутствия «ползунов», выщербин и выбоин на колёсах для жёсткого пути, приводят к возникновению дополнительной динамической нагрузки на подрельсовое основание. Ввиду того, что энергия ударного воздействия практически не рассеивается, она расходуется на разрушение путевого бетона, тоннельной обделки и скального основания. В такой конструкции от ударных воздействий, даже при хорошем качестве бетонирования, будут появляться трещины, происходить расслоение между шпалами и путевым бетоном, между путевым бетоном и тоннельной обделкой, а также - между тоннельной обделкой и скальным основанием. Агрессивные водные потоки, проникающие в появляющиеся трещины в конструкциях ВСП и тоннельной обделки, ускоряют процесс разрушения бетона.
Для уменьшения давления, передаваемого от колес подвижного состава на подрельсовое основание, на одном из проблемных участков Северомуйского тоннеля был заложен опытный участок, протяженностью 250 м, с применением промежуточных рельсовых скреплений с клеммами типа ОП-105.
Типовым промежуточным скреплением для железобетонных шпал является раздельное клеммно-болтовое скрепление КБ-65 (рис.1). Рельс к подкладке прижимается жесткими клеммами типа ПК, надеваемыми на клеммные болты, фигурные головки которых заводятся в пазы реборд подкладок. Под гайки клеммных болтов ставят упругие двухвитко-вые шайбы. Металлические подкладки укладывают на наклонную, заглубленную в тело шпалы на 15-25 мм подрельсовую площадку. На бетон под подкладку укладывают для электро- и виброизоляции резиновую прокладку толщиной 6-10 мм. Благодаря этому улучшается работа бетонных шпал. Подкладка крепится к шпале закладными болтами. При этом головки болтов опираются на замоноличенную в
Рис. 1. Скрепление КБ-65 с клеммой ПК.
МЕХАНИКА. ТРАНСПОРТ. МАШИНОСТРОЕНИЕ
бетон металлическую шайбу, которая при затяжке монтажных гаек равномерно распределяет нагрузку на бетон. Электроизоляция подкладок от шпал осуществляется нашпальной прокладкой из текстолита, надеваемой на стержень закладного болта и заглубляемой в отверстие металлической подкладки.
Основным недостатком скреплений КБ-65 является нестабильность натяжения прикрепителей, что снижает монтажную затяжку болтов, а также применение жесткой п-образной клеммы типа ПК, которая увеличивает вертикальную жесткость узла рельсового скрепления. Повышению давления, передающегося на шпалы, способствует интенсивное истирание нашпальных и подрельсовых прокладок, используемых в скреплениях КБ.
В качестве модернизации скрепления КБ несколько лет назад было принято решение вместо жестких клемм и двухвитковых шайб на клеммных болтах применять прутковые клеммы шифра ОП-105 по типу SkI-12 немецкой фирмы Vossloh (рис. 2). Такая клемма имеет развитую пространственную форму и сложное напряженное состояние, обусловленное совместным кручением и изгибом ее элементов.
При обследовании опытных участков с клеммами фирмы Vossloh на Октябрьской дороге выявили, что через полгода эксплуатации крутящий момент на гайках клеммных болтов снизился на 15-20 %, в то время как на закладных с двухвитковыми шайбами на 50 % и более. К сожалению, качество клемм, выпускаемых отечественными заводами, невысокое. Клеммы лопаются даже при сборке. Сейчас завершается разработка отраслевого стандар-
Рис. 2. Скрепление КБ-65 с прутковой клеммой ОП-105.
та, в котором предусмотрен ряд мер, исключающих поступление бракованных клемм на дороги. Сравнительные характеристики клемм ПК и ОП-105 для скреплений КБ-65 представлены в табл. 1 [1].
Для того чтобы установить фактические внешние нагрузки, передающиеся от подвижного состава на подрельсовое основание, а также обосновать эффективность применения промежуточных рельсовых скреплений КБ-65 с упругой клеммой типа ОП-105 вместо клемм ПК, были проведены экспериментальные исследования.
Для экспериментального определения фактических внешних нагрузок, действующих от подвижного состава на рельсы, а также статистических и функциональных закономерностей их появления использовалось тен-зометрическое оборудование (рис. 3).
Экспериментальные исследования позволили определить фактические внешние на-
Табл. 1
Сравнительные характеристики клемм ПК и ОП-105 для скреплений КБ-65
Тип клеммы ПК ОП-105
Вертикальная жесткость клеммы, тс/см 20 5
Максимальное усилие прижатия рельса в тс. 1.0 1.2
Давление на контакте клеммы и рельса, кг/см2 500-700 200-300
Вертикальная жесткость узла скрепления, тс/см 60-120 60-120
Рис. 3. Схема установки оборудования для определения вертикальных усилий, передающихся на подрельсовые основания.
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
грузки, передающиеся от подвижного состава Данные осциллограмм были статистичес-
на элементы верхнего строения пути. Резуль- ки обработаны. Результаты сведены в табл. таты проведенных испытаний представлены в 2-3.
виде осциллограмм, примеры которых показа- По результатам проведенных исследова-
ны на рис (4-7). ний были установлены величины нагрузок, де-
йствующих на элементы верхнего строения пути. Максимальное вертикальное возде-
Рис. 4. Образец осциллограммы вертикальных прогибов рельса под колесом, проход вагонов с осевой нагрузкой 20,63 тс/ось.
Рис. 5. Фрагмент осциллограммы вертикальных прогибов рельса под колесом, проход вагонов с осевой нагрузкой 20,63 тс/ось.
МЕХАНИКА. ТРАНСПОРТ. МАШИНОСТРОЕНИЕ
Рис. 6. Образец осциллограммы вертикальной нагрузки, передающейся от рельса на шпалу, проход вагонов с осевой нагрузкой 20,63 тс/ось.
Рис. 7. Фрагмент осциллограммы вертикальной нагрузки, передающейся от рельса на шпалу, проход вагонов с осевой нагрузкой 20,63 тс/ось.
иствие, передающееся от рельса на подрельсо-вые опоры, при проходе вагонов с тележками ЦНИИ-ХЗ с осевой нагрузкой 20.63 тс/ось, было зарегистрировано на участках с клеммами ПК и составило 43.9 кН. Средние значения вертикальных нагрузок на этих же участках достигали величин в 38.2 кН при СКО 3.66. Максимальное вертикальное воздействие на шпалы на участках с клеммами ОП-105 достигало 34.3 кН, средние нагрузки составили 29.6 кН при СКО 2.48.
При сравнении уровня вертикальных сил, передающихся на шпалы, от стандартной
двухосной вагонной тележки осевой нагрузкой 20,63 тс установлено, что давление на шпалу при использовании клемм ПК передается на 28-30% больше, чем при использовании клемм ОП-105. Таким образом можно говорить, что применение упругих клемм ОП-105, вместо клемм ПК на скреплениях КБ-65, будет являться наиболее эффективным. Однако, необходимо провести более тщательные наблюдения за работой скреплений с клеммами ОП-105 под поездной нагрузкой в течение более долгосрочного периода. Эта необходимость вызвана тем, что в процессе эксплуата-
Табл. 2
Экспериментальные значения прогибов рельса под колесом.
Суммарные вертикальные прогибы, мм
Скрепление КБ-65 с упругими клеммами типа ОП-105 Скрепление КБ-65 с клеммами типа ПК
Среднее 0.60 0.48
Стандартная ошибка 0.01 0.01
Стандартное отклонение 0.05 0.05
Эксцесс -0.49 -0.84
Асимметричность 0.12 -0.26
Интервал 0.18 0.15
Минимум 0.51 0.4
Максимум 0.69 0.55
Уровень надежности(95.0%) 0.02 0.02
Табл. 3
Экспериментальные значения вертикальных нагрузкок, передающейся от рельса на шпалу.
Суммарные вертикальные нагру шпалу зки, передающейся от рельса на л кН
Скрепление КБ-65 с упругими клеммами типа ОП-105 Скрепление КБ-65 с клеммами типа ПК
Среднее 29.62 38.18
Стандартная ошибка 0.51 0.75
Стандартное отклонение 2.48 3.66
Эксцесс -0.91 -0.91
Асимметричность 0.01 -0.23
Интервал 9 11.9
Минимум 25.3 32
Максимум 34.3 43.9
Уровень надежности(95.0%) 1.05 1.54
се эксплуатации, замечены также неработающие клеммы (рис. 8).
Для уменьшения динамических воздействий подвижного состава, передающихся на подрельсовые основания, при проходе подвижного состава, можно рекомендовать применение более прочных нашпальных резиновых прокладок, армированных лавсаном. Опытный участок с укладкой высокопрочных прокладок можно выделить в Северомуйском тоннеле в месте «вылеченного» отрясенного блока.
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Карпущенко Н.И., Антонов Н.И. Совершенствование рельсовых скреплений // Новосибирск: Изд-во СГУПСа, 2003. — 300 с. Рис. 8. Неработающие клеммы на участках
Северомуйского тоннеля.
ции в Северомуйском тоннеле скреплений ОП-105, момент затяжки клеммных болтов снизился с 170-200 Н/м до 50-70 Н/м. Снижение момента затяжки в течении 2-3 месяцев, произошло в 2.8-3.4 раза. Как уже отмечалось, выше некоторые клеммы ломаются в процес-
