Научная статья на тему 'ИНТЕНСИВНОСТЬ БОКОВОГО ИЗНОСА РЕЛЬСОВ В КРИВЫХ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ УСЛОВИЙ'

ИНТЕНСИВНОСТЬ БОКОВОГО ИЗНОСА РЕЛЬСОВ В КРИВЫХ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ УСЛОВИЙ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
867
59
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
КРИВЫЕ МАЛОГО РАДИУСА / БОКОВОЙ ИЗНОС / ПАРАМЕТРЫ РЕЛЬСОВОЙ КОЛЕИ

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Карпущенко Н.И., Река Е.М.

Целью исследования является определение степени воздействия характеристик рельсовой колеи на рост бокового износа рельсов в кривых среднего и малого радиуса. В статье описана методика эксплуатационных наблюдений за боковым износом рельсов на опытных кривых. Для инструментального исследования нарастания бокового износа и измерения параметров рельсовой колеи в процессе наработки тоннажа на пути 1 участка Издревая - Жеребцово были выбраны две опытные кривые с радиусами 490 и 400 м. Полученные данные эксплуатационных наблюдений свидетельствуют, что рельсы категории Т1 в наружной нити кривой 1 (R = 496 м) уложены в путь с 30.06.2017 и к моменту обследования наработка тоннажа составила 1 546 млн т брутто. Средняя величина износа на 100 м участка круговой кривой достигла б1ср = 10 мм, а максимальная 61max = 12 мм. Интенсивность бокового износа составила y^ = 0,028 мм / млн т брутто, Y1 max = 0, 033 мм / млн т брутто. В кривой 2 (R = 405 м) рельсы категории Т1 уложены в наружную нить 10.12.2019, к моменту обследования наработка тоннажа составила 145 млн т брутто при средней величине бокового износа б2ср = 14,1 мм, а максимальной 62max = 21 мм. Средняя величина интенсивности бокового износа Y2ср = 0,097 мм / млн т брутто, а максимальная Y2max = 0,145 мм / млн т брутто. При уменьшении радиуса кривой 2 по сравнению с кривой 1 на 19 % и увеличении непогашенного ускорения на 18 % средняя интенсивность бокового износа рельсов в кривой 2 оказалась в 3,5 раза выше, а максимальная - в 4,5 раза. В результате анализа полученных данных был сделан вывод о том, что радиус кривой и осевые нагрузки подвижного состава оказывают большое влияние на интенсивность бокового износа рельсов.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

INTENSITY OF RAIL LATERAL WEAR IN CURVES DEPENDING ON OPERATING CONDITIONS

The purpose of this study is to determine the degree of impact of rail track characteristics on the growth of lateral rail wear in medium- and small-radius curves. The article describes the methodology of in-service observations of rail lateral wear on experimental curves. Two experimental curves with radiuses of 490 m and 400 m were laid to instrumental study of the growth of lateral wear and measuring the parameters of the rail gauge in the process of tonnage running on the I track of Izdrevaya - Zherebtsovo section. Operational observation data indicate that the rails of category T1 in the outer line of curve 1 (R = 496 m) have been laid in the track since 30.06.2017 and by the time of the survey tonnage was 1546 million tons of gross tonnage. The average value of wear per 100 m section of the circular curve reached 61 = 10 mm, and the maximum 6imax = 12 mm. Intensity of lateral wear was yi = 0.028 mm/million tons gross, Yimax = 0.033 mm/million tons gross. In the curve 2 (R = 405 m), the rails of category T1 were laid in the outer strand on 10.12.2019, by the time of the survey the tonnage was 145 million tons gross, with the average value of lateral wear 62 = 14.1 mm, and maximum 62max = 21 mm. The average value of lateral wear intensity here was Y2 = 0.097 mm/million tons gross, and the maximum Y2max = 0.145 mm/million tons gross. With a decrease in the radius a curve 2 in comparison with the curve 1 by 19 % and an increase in unaccelerated acceleration by 18 %, the average intensity of lateral rail wear in curve 2 was 3.5 times higher, and the maximum - 4.5 times higher. Analysis of the obtained data showed that the determining factor influencing the intensity of rail lateral wear is the radius of the curve and the axle loads of the rolling stock.

Текст научной работы на тему «ИНТЕНСИВНОСТЬ БОКОВОГО ИЗНОСА РЕЛЬСОВ В КРИВЫХ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ УСЛОВИЙ»

СТРОИТЕЛЬСТВО И АРХИТЕКТУРА

Вестник Сибирского государственного университета путей сообщения. 2022. № 2 (61). С. 57-66. The Siberian Transport University Bulletin. 2022. No. 2 (61). Р. 57-66.

СТРОИТЕЛЬСТВО И АРХИТЕКТУРА

Научная статья УДК 625.031

doi 10.52170/1815-9265_2022_61_57

Интенсивность бокового износа рельсов в кривых в зависимости от эксплуатационных условий

Николай Иванович Карпущенко1, Екатерина Михайловна Река2н

1 2 Сибирский государственный университет путей сообщения, Новосибирск, Россия

1 kni@stu.ru

2 kosinkova14@gmail.comH

Аннотация. Целью исследования является определение степени воздействия характеристик рельсовой колеи на рост бокового износа рельсов в кривых среднего и малого радиуса. В статье описана методика эксплуатационных наблюдений за боковым износом рельсов на опытных кривых. Для инструментального исследования нарастания бокового износа и измерения параметров рельсовой колеи в процессе наработки тоннажа на пути 1 участка Издревая - Жеребцово были выбраны две опытные кривые с радиусами 490 и 400 м.

Полученные данные эксплуатационных наблюдений свидетельствуют, что рельсы категории Т1 в наружной нити кривой 1 (R = 496 м) уложены в путь с 30.06.2017 и к моменту обследования наработка тоннажа составила 1 546 млн т брутто. Средняя величина износа на 100 м участка круговой кривой достигла б1ср = 10 мм, а максимальная 61max = 12 мм. Интенсивность бокового износа составила y^ = 0,028 мм / млн т брутто, Y1max = 0,033 мм / млн т брутто.

В кривой 2 (R = 405 м) рельсы категории Т1 уложены в наружную нить 10.12.2019, к моменту обследования наработка тоннажа составила 145 млн т брутто при средней величине бокового износа б2ср = 14,1 мм, а максимальной 62max = 21 мм. Средняя величина интенсивности бокового износа Y2ср = 0,097 мм / млн т брутто, а максимальная Y2max = 0,145 мм / млн т брутто. При уменьшении радиуса кривой 2 по сравнению с кривой 1 на 19 % и увеличении непогашенного ускорения на 18 % средняя интенсивность бокового износа рельсов в кривой 2 оказалась в 3,5 раза выше, а максимальная - в 4,5 раза.

В результате анализа полученных данных был сделан вывод о том, что радиус кривой и осевые нагрузки подвижного состава оказывают большое влияние на интенсивность бокового износа рельсов. Ключевые слова: кривые малого радиуса, боковой износ, параметры рельсовой колеи Для цитирования: Карпущенко Н. И., Река Е. М. Интенсивность бокового износа рельсов в кривых в зависимости от эксплуатационных условий // Вестник Сибирского государственного университета путей сообщения. 2022. № 2 (61). С. 57-66. DOI 10.52170/1815-9265_2022_61_57.

BUILDING AND ARCHITECTURE

Original article

Intensity of rail lateral wear in curves depending on operating conditions Nikolay I. Karpushchenko1, Ekaterina M. Reka2

1 2 Siberian Transport University, Novosibirsk, Russia

1 kni@stu.ru

2 kosinkova14@gmail.comH

Abstract. The purpose of this study is to determine the degree of impact of rail track characteristics on the growth of lateral rail wear in medium- and small-radius curves. The article describes the methodology of in-service observations of rail lateral wear on experimental curves. Two experimental curves with radiuses of 490 m and 400 m were laid to instrumental study of the growth of lateral wear and measuring the parameters of the rail gauge in the process of tonnage running on the I track of Izdrevaya - Zherebtsovo section.

Operational observation data indicate that the rails of category T1 in the outer line of curve 1 (R = 496 m) have been laid in the track since 30.06.2017 and by the time of the survey tonnage was 1546 million tons of gross

© Карпущенко Н. И., Река Е. М., 2022

tonnage. The average value of wear per 100 m section of the circular curve reached 61 = 10 mm, and the maximum Simax = 12 mm. Intensity of lateral wear was Yi = 0.028 mm/million tons gross, Yimax = 0.033 mm/million tons gross.

In the curve 2 (R = 405 m), the rails of category T1 were laid in the outer strand on 10.12.2019, by the time of the survey the tonnage was 145 million tons gross, with the average value of lateral wear 62 = 14.1 mm, and maximum 62max = 21 mm. The average value of lateral wear intensity here was Y2 = 0.097 mm/million tons gross, and the maximum Y2max = 0.145 mm/million tons gross. With a decrease in the radius a curve 2 in comparison with the curve 1 by 19 % and an increase in unaccelerated acceleration by 18 %, the average intensity of lateral rail wear in curve 2 was 3.5 times higher, and the maximum - 4.5 times higher.

Analysis of the obtained data showed that the determining factor influencing the intensity of rail lateral wear is the radius of the curve and the axle loads of the rolling stock.

Keywords: small radius curves, lateral wear, track gauge parameters

For citation: Karpushchenko N. I., Reka E. M. Intensity of rail lateral wear in curves depending on operating conditions. The Siberian Transport University Bulletin. 2022;(61):57-66. (In Russ.). DOI 10.52170/18159265 2022 61 57.

Введение

Одной из важнейших задач, стоящих в настоящее время перед железнодорожным транспортом России, является увеличение объема перевозок, что влечет за собой активное внедрение в эксплуатацию тяжеловесных составов массой до 9 000 т. Уже сейчас широко используются грузовые вагоны с нагрузками 270 кН/ось.

С ростом в конце 1980-х гг. на железных дорогах России интенсивности бокового изнашивания рельсов и колес подвижного состава специалисты приступили к изучению влияния внешних и внутренних факторов на этот процесс. Особенно остро с износом дело обстоит в сложных условиях эксплуатации, а именно на горно-перевальных участках с большим числом кривых малых радиусов, в частности при высокой грузонапряженности, больших осевых нагрузках и значительной доле тяжеловесных поездов [1].

В результате эксплуатационных наблюдений и специальных лабораторных испытаний установлены закономерности влияния на износ рельсов и колес внешних и внутренних факторов. К главным внешним факторам относятся степень проскальзывания гребней колес по боковой грани рельсов при их качении и степень смазанности поверхностей. К внутренним - твердость стали, содержание углерода, микроструктура и содержание серы [2].

После завершения приработки износ рельсов нарастает прямо пропорционально количеству прошедшего по рельсам груза брутто, поэтому интенсивность износа рельсов во времени в первую очередь определяется грузонапряженностью данного участка. Значительное воздействие на износ рельсов оказывают нагрузка на ось подвижного состава, план и

профиль пути. Необходимо отметить значительную неоднородность бокового износа по длине рельсов, уложенных в одной и той же кривой одного радиуса. В статье приведены результаты замеров бокового износа в точках через 5 м на уровне 13 мм от поверхности катания в плети бесстыкового пути.

На профиле сильно изношенного рельса, который показан на рис. 1, видны зоны истирания. Такой профиль характерен для термо-упрочненных рельсов, которые имеют повышенную твердость.

Рис. 1. Профиль головки рельса с большим боковым износом

Чрезмерный боковой износ головки рельса относится к дефекту 44.0 [3]. Он возникает у рельсов, лежащих на наружной (упорной) нити кривых радиусом не менее 1 000 м, под воздействием трения скольжения гребней набегающих колес. Набегание колеса на рельсы, которые лежат на наружной нити кривой, происходит в результате перекосного движения тележки при вписывании экипажа при обязательном контакте между гребнем первого по ходу колеса и наружным рельсом. Между гребнями колес и внутренним рельсом всегда остается зазор, величина которого зависит от ширины колеи и расстояния между

гребнями колес колесной пары. Следы касания гребней колес на рельсах, лежащих на внутренних нитях кривых, отсутствуют [4].

Углы набегания тележек вагонов на наружный рельс достигают 1-1,5°. Величина их определяется непогашенным поперечным ускорением, силами трения, возникающими в подпятнике тележки и между поверхностями катания колес и рельсов, а также коничностью колес.

Изменение режима движения поездов, а также состояние подвижного состава и пути значительно влияют на характер их взаимодействия и вызывают неисправности рельсовой колеи в кривых участках, рост износа колесных пар и рельсов. Установлено, что более 80 % повреждений рельсов, вызывающих их отказ, происходят в кривых участках вследствие повышенного воздействия колес подвижного состава [1].

Исследования взаимодействия колес подвижного состава с рельсами показали, что в прямых и кривых радиусом более 1 000 м оно происходит без контактирования и без износа гребней колес и боковых граней рельсов. В кривых радиусом от 1 000 до 650 м интенсивность бокового износа нарастает по мере снижения величины радиуса и более частого контактирования гребней с рельсами. В кривых радиусом менее 650 м вписывание ходовых тележек происходит при постоянном контакте гребней колес с наружными рельсами, интенсивность бокового износа здесь высокая [5]. Протяженность кривых радиусом менее 650 м на ОАО «РЖД» составляет около 17 тыс. км, что составляет 13 % от развернутой длины сети железных дорог.

Ранговый ряд влияния внутренних факторов рельсовых сталей, в наибольшей степени определяющих их износостойкость, включает: твердость, содержание углерода и серы, микроструктуру. Достаточно хорошие результаты по износостойкости удастся получить при доведении твердости рельсов до значения 380-400 НВ. Проведенные эксперименты показали, что при одинаковой твердости износостойкость сталей растет с увеличением содержания углерода до 1,05 % [5]. На основании исследований для работы в кривых малых радиусов были разработаны рельсы категории ДТ370ИК, изготовленные из заэвтектоидной стали с повышенным содержанием углерода

(до 0,95 %). Средние значения твердости поверхности катания рельсов ДТ370ИК составляют 400 НВ. В современных рельсовых сталях содержание вредного химического элемента серы снижено до очень малых значений (0,010-0,015 %) [6, 7].

На полигоне Западно-Сибирской дороги с 2014 г. началась укладка рельсов типа Р65 категории ДТ общего назначения производства ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК», которые изготавливались по инновационной технологии с термической обработкой методом дифференцированной закалки сжатым воздухом с прокатного нагрева. К 2019 г. было уложено 1 779,7 км пути с такими рельсами (23 % от общей протяженности главных путей). Также в настоящее время на дороге эксплуатируются рельсы типа Р65 категории Т1 - 5 127,7 км, японские ВС250 - 6,9 км, рельсы типа Р75 - 447,4 км.

На примере двух кривых радиусом 390 и 393 м, расположенных на особогрузонапряжен-ном участке со смешанным, преимущественно грузовым движением, в составе которого 60 % вагонов имеют осевые нагрузки 250 кН/ось, сравнили продолжительность срока службы рельсовых плетей разных изготовителей. Наименьшая интенсивность прироста бокового износа (0,051 мм / млн т брутто) зафиксирована у плетей из рельсов японского производства СВ250Я, наибольшая - на рельсах Т1 Новокузнецкого металлургического комбината (0,098 мм / млн т брутто). Рельсы категории ДТ370 ИК по интенсивности нарастания износа (0,073 мм / млн т брутто) не на много, но превосходят рельсы ДТ350 (0,082 мм / млн т брутто) проката 2015 г. К сожалению, этого нельзя сказать о рельсах ДТ350 2016 г. проката, поскольку интенсивность их износа превышает этот показатель для рельсов категории ДТ370 ИК на 20 % и приближается к интенсивности износа рельсов категории Т1 [8, 9].

Материалы и методы исследования

Эксплуатационные наблюдения проводились авторами с целью установления влияния параметров рельсовой колеи на интенсивность бокового износа рельсов в кривых среднего и малого радиусов.

Опытные кривые расположены на участке Инская - Сокур, который соединяет Транссибирскую магистраль с направлением на Кузбасс. Участок высокогрузонапряженный, со

скоростями движения пассажирских поездов 70 км/ч, грузовых - 60 км/ч.

Верхнее строение пути представляет собой бесстыковой путь с рельсами Р65, категории качества Т, железобетонными шпалами с раздельным промежуточным скреплением КБ-65.

Для инструментального исследования нарастания бокового износа и измерения параметров рельсовой колеи в процессе наработки тоннажа на пути 1 перегона Жеребцово - Издревая были заложены две опытные кривые.

Для нанесения меток на шейке рельса применялась стандартная измерительная рулетка 25 м и мел. С целью определения ширины колеи и положения рельсов по уровню использовался путеизмерительный шаблон ЦУП-3. Технические характеристики: диапазон измерения ширины колеи 1 510-1 550 мм, диапазон измерения возвышения одного рельса относительно другого -160/+160 мм, цена деления линейных шкал 1 мм, цена деления шкалы уровня 1 мм, предел допускаемой погрешности измерения размеров ±1 мм. Для измерения бокового износа рельса использована специальная скоба модели 08601. Технические характеристики: диапазон измерений вертикаль-

ного износа 0-25 мм, диапазон измерений бокового износа 0-25 мм, цена деления шкалы 1 мм, погрешность скобы ±1 мм.

Опытная кривая 1 расположена на 14-м км участка Инская - Сокур, имеет следующие паспортные данные: радиус Я = 490 м, возвышение наружного рельса к = 60 мм, общая длина кривой Ь = 400 м. Опытная кривая 2 расположена на 15-м км, имеет следующие паспортные данные: радиус Я = 400 м, возвышение наружного рельса к = 65 мм, общая длина кривой Ь = 405 м.

Для наблюдения за износом рельсов в круговых кривых были выбраны 100-метровые отрезки, на которых с шагом 5 м на шейке рельса мелом наносились метки. В этих местах в ходе проведения исследования были сняты следующие показания: ширина колеи, уровень наружного рельса относительно внутреннего и боковой износ. Стрелы изгиба были взяты с диаграммы вагона-путеизмерителя «Декарт» после прохода 14.09.2021.

Результаты исследований

Результаты наблюдений приведены в табл. 1, 2 и на рис. 2, 3.

Таблица 1

Результаты наблюдений за износом рельсов и параметрами рельсовой колеи

в кривой 1 (путь 1, 14-й км)

Номер измерения Координата точки, м Ширина колеи, мм Уровень, мм Боковой износ, мм Стрела изгиба, мм Радиус, м Непогашенное ускорение, м/с2

1 0 1 534 56 9,0 34,7 490 0,222

2 5 1 533 60 9,0 34,7 490 0,197

3 10 1 538 60 11,0 33,7 504 0,181

4 15 1 536 56 10,0 34,2 497 0,214

5 20 1 536 58 10,5 34,7 490 0,210

6 25 1 535 56 9,0 34,7 490 0,222

7 30 1 537 56 10,0 34,7 490 0,222

8 35 1 535 52 9,0 31,7 536 0,198

9 40 1 538 58 11,0 34,2 497 0,202

10 45 1 535 55 11,0 34,7 490 0,228

11 50 1 539 54 11,0 34,7 490 0,234

12 55 1 536 57 10,0 32,7 520 0,183

13 60 1 535 50 10,0 33,7 504 0,242

14 65 1 538 56 12,0 36,7 463 0,255

15 70 1 536 57 10,0 34,7 490 0,216

16 75 1 535 60 9,0 34,7 490 0,197

17 80 1 533 52 11,0 34,7 490 0,246

18 85 1 536 58 11,0 34,7 490 0,210

19 90 1 537 54 10,0 33,7 504 0,218

20 95 1 536 49 9,0 32,7 520 0,232

21 100 1 539 56 9,0 34,7 490 0,222

Среднее значение 1 536 56 10,0 34,3 496 0,217

Таблица 2

Результаты наблюдений за износом рельсов и параметрами рельсовой колеи в кривой 2 (1-й путь, 15-й км)

Номер измерения Координата точки, м Ширина колеи, мм Уровень, мм Боковой износ, мм Стрела изгиба, мм Радиус, м Непогашенное ускорение, м/с2

1 0 1 538 66 11,0 41,0 415 0,263

2 5 1 537 68 14,0 42,5 400 0,275

3 10 1 540 69 16,0 42,5 400 0,269

4 15 1 538 68 12,0 42,5 400 0,275

5 20 1 540 68 16,0 41,5 410 0,259

6 25 1 538 80 14,0 42,5 400 0,202

7 30 1 538 72 12,0 42,0 405 0,243

8 35 1 539 66 15,0 41,5 410 0,271

9 40 1 538 69 13,0 42,5 400 0,269

10 45 1 539 72 16,0 40,5 420 0,218

11 50 1 538 72 13,0 41,0 415 0,227

12 55 1 539 72 13,0 42,5 400 0,251

13 60 1 540 68 10,0 40,5 420 0,243

14 65 1 536 72 21,0 44,5 382 0,284

15 70 1 536 70 14,0 42,5 400 0,263

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

16 75 1 539 62 14,0 40,5 420 0,280

17 80 1 536 68 12,0 42,5 400 0,275

18 85 1 537 68 16,0 44,0 386 0,300

19 90 1 536 74 13,0 40,5 420 0,206

20 95 1 540 70 16,0 41,5 410 0,247

21 100 1 538 72 15,0 42,5 400 0,251

Среднее значение 1 538 70 14,1 42,0 405 0,256

Обработка данных, полученных в кривой 1, показала, что среднее значение радиуса на отрезке 100 м оказалось равным Лор = 496 м, возвышения наружного рельса Нор = 56 мм, непогашенного поперечного ускорения при средней скорости движения грузовых поездов 60 км/ч ан = 0,217 м/с2. Заметим, что на рассматриваемом отрезке кривой 1 наблюдается значительный разброс данных: по радиусу от Лшт = 463 м до Лтах = 536 м, суммарный разброс данных составил 73 м. Значения возвышения наружного рельса находятся в диапазоне от Нтт = 49 мм до Нтах = 60 мм, разброс данных составил 11 мм.

Анализ полученных данных в кривой 2 показал, что среднее значение радиуса на отрезке 100 м оказалось равным Лср = 405 м, возвышения наружного рельса Нср = 70 мм, непогашенного поперечного ускорения ан = 0,256 м/с2. При этом разброс значений радиуса составил от Ятт = 382 м до Лтах = 420 м, т. е. в сумме 38 м. Разброс величин возвышения наружного рельса составил от Нтт = 62 мм до Нтах = 80 мм, т. е. на 18 мм.

Из этих данных следует, что состояние кривой 1 в плане хуже по сравнению с кривой 2. Однако разброс величин возвышения наружного рельса у кривой 1 оказался меньше, чем у кривой 2.

Сравнение кривых 1 и 2 (табл. 3) показало, что в кривой 1 радиус на 90 м больше, а возвышение наружного рельса на 14 мм меньше, чем в кривой 2, что обеспечивает величины непогашенных ускорений в кривых аН1 = 0,217 м/с2 и аН2 = 0,256 м/с2. При этом нормативное значение непогашенного ускорения для грузовых поездов составляет ан = 0,3 м/с2.

Анализ полученных данных свидетельствует о том, что рельсы категории Т1 в наружной нити кривой 1 (Л = 496 м) уложены в путь 30.06.2017 и к моменту обследования наработка составила 1 546 млн т брутто. Средняя величина износа на 100 м участка круговой кривой достигла 51ср = 10 мм, а максимальная 51тах = 12 мм. Интенсивность бокового износа составила у^р = 0,028 мм / млн т брутто, У1тах = 0,033 мм / млн т брутто.

В кривой 2 (Л = 405 м) рельсы категории Т1 уложены в наружную нить 10.12.2019, к началу обследования наработка тоннажа составила 145 млн т брутто при средней величине бокового износа 52ср = 14,1 мм, а максимальной §2тах = 21 мм. Средняя величина интенсивности бокового износа здесь составила У2ср = 0,097 мм / млн т брутто, а максимальная У2тах = 0,145 мм / млн т брутто.

г)

и

о

а =

=

и и

= К

Й = I-

С р,

= 5 □ Я

М £

0=300 0:250 0,200 0:150 0.100

\

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

Координаты точки, м

65 70 75 80 85 90 95 100

Рис. 2. Взаимосвязь бокового износа рельсов и параметров рельсовой колеи в кривой 1: а - радиус; б - уровень; в - ширина колеи; г - непогашенное ускорение; д - боковой износ

Рис. 3. Взаимосвязь бокового износа рельсов и параметров рельсовой колеи в кривой 2: а - радиус; б - уровень; в - ширина колеи; г - непогашенное ускорение; д - боковой износ

Таблица 3

Сравнительные значения параметров, полученных на опытных кривых

Радиус кривой, м Возвышение наружного рельса, мм Непогашенное поперечное ускорение, м/с2 Боковой износ, мм

Я1 Я2 к2 Он1 Он2 51 52

496+33 405+23 56-4 70-10 0 217+0,04 '-0,04 0,256-0,06 10-2 14 1+6,9 1 -4,1

При уменьшении радиуса кривой 2 по сравнению с кривой 1 на 19 % и увеличении непогашенного ускорения на 18 % средняя интенсивность бокового износа рельсов в кривой 2 оказалась в 3,5 раза выше, а максимальная - в 4,5 раза.

Аппроксимация полученных данных аналитическими зависимостями

Анализ полученных данных измерений бокового износа рельсов в кривых выявил их зависимость от наработанного тоннажа Т, радиуса кривых Я и осевой нагрузки подвижного состава Р.

Полученные сведения по износу рельсов в конкретных условиях эксплуатации позволяют аппроксимировать их зависимостями вида [10]: У = а + уТ ПК, (1)

где а, у - начальное значение и интенсивность износа соответственно; К- - коэффициенты, учитывающие условия эксплуатации, прежде всего радиус кривой и осевые нагрузки подвижного состава.

Параметру у (тангенс угла наклона прямой с осью наработки тоннажа Т) определяется в стандартных условиях при К = 1 зависимостью

У-а

У = • (2)

Влияние радиуса кривых и осевых нагрузок подвижного состава на интенсивность бокового износа рельсов учитывается коэффициентами Кя и Кр.

Для определения данных коэффициентов можно применить степенную зависимость. Исходя из того, что стандартными условиями испытаний элементов верхнего строения пути считаются кривые Я = 400 м и осевые нагрузки Р = 200 кН для коэффициентов, учитывающих влияние радиуса кривой Я и осевых нагрузок Р, приняты выражения:

Кя =

( Лр 400

V Яср у

Кр =

(^ Л

V 200 у

(3)

У = а + у ТКЯКр. (4)

По данным исследования износа рельсов на участке с бесстыковым путем, железобетонными шпалами и щебеночным балластом получены приближенные зависимости для прогнозирования величин бокового износа кб, мм, в функции наработанного тоннажа Т, млн т брутто, при учете радиуса кривой Яср и средней осевой нагрузки подвижного состава Рср:

кб = 0,12Т

400

Уд (р ср

V Яср у

V 200 у

(5)

В этом случае уравнение (1) будет иметь вид

Выводы

Анализ полученных данных свидетельствует, что рельсы категории Т1 в наружной нити кривой 1 (Я = 496 м) уложены в путь 30.06.2017 и к моменту обследования наработка составила 1 546 млн т брутто. Средняя величина износа на 100 м участка круговой кривой достигла 51ср = 10 мм, а максимальная 51шах = 12 мм. Интенсивность бокового износа составила у1ср = 0,028 мм / млн т брутто, у1шях = = 0,033 мм / млн т брутто.

В кривой 2 (Я = 405 м) рельсы категории Т1 уложены в наружную нить 10.12.2019, к моменту обследования наработка тоннажа составила 145 млн т брутто при средней величине бокового износа 52ср = 14,1 мм, а максимальной - 52шах = 21 мм. Средняя величина интенсивности бокового износа здесь составила У2ср = 0,097 мм / млн т брутто, а максимальная У2шах = 0,145 мм / млн т брутто.

При уменьшении радиуса кривой 2 по сравнению с кривой 1 на 19 % и увеличении непогашенного ускорения на 18 % средняя интенсивность бокового износа рельсов в кривой 2 оказалась в 3,5 раза выше, а максимальная - в 4,5 раза.

По статистическим данным величин бокового износа получены приближенные зависимости в функции наработанного тоннажа Т с учетом радиуса кривой Я и средней осевой нагрузки Р подвижного состава для конкретного участка пути.

Список источников

1. Шур Е. А. Повреждения рельсов. М. : Интекст, 2012. 192 с.

2. Крысанов Л. Г. Эксплуатация стойкости и надежность рельсов // Путь и путевое хозяйство. 2008. № 5. С. 2-5.

3. Дефекты рельсов. Классификация, каталог и параметры дефектных и остродефектных рельсов : утверждено распоряжением ОАО «РЖД» от 23 октября 2014 г. № 2499р (в ред. от 10.10.2017). М., 2014. 35 с.

4. Параметры колеи и износ рельсов в кривых / Н. И. Карпущенко, А. П. Козлов, И. А. Котова, Е. С. Анте-рейкин // Путь и путевое хозяйство. 2007. № 11. С. 7-9.

5. Карпущенко Н. И. Механико-математическая модель оценки интенсивности бокового износа рельсов // Путь и путевое хозяйство. 2018. № 4. С. 31-37.

6. Абдурашитов А. Ю., Шур Е. А. Совершенствовать систему ведения рельсового хозяйства // Путь и путевое хозяйство. 2005. № 6. С. 2-6.

7. Саловатов Р. О. Эксплуатация рельсов на грузонапряженных и горно-перевальных участках // Путь и путевое хозяйство. 2020. № 5. С. 24-26.

8. Комаров А. Ю. Среднесибирский ход в условиях развития тяжеловесного движения // Путь и путевое хозяйство. 2021. № 8. С. 18-20.

9. Малыгин В. А., Шевцова Н. В., Богданов О. К. Опыт эксплуатации рельсов на Слюдянской дистанции пути // Путь и путевое хозяйство. 2021. № 2. С. 21-24.

10. Карпущенко Н. И., Манаков А. Л., Труханов П. С. Оптимизация параметров жизненного цикла верхнего строения железнодорожного пути в сложных эксплуатационных условиях. Новосибирск : Наука. 2020. 148 с.

11. Исследование бокового износа рельсов в кривых на перевальном участке / Н. И. Карпущенко, Е. С. Ан-терейкин, Д. Ю. Замелова, П. С. Труханов // Путь и путевое хозяйство. 2018. № 9. С. 35-40.

12. Взаимодействие колес и рельсов в кривых участках / Н. И. Карпущенко, И. А. Котова, Ю. Н. Ликратов [и др.] // Путь и путевое хозяйство. 2008. № 6. С. 2-5.

13. Карпущенко Н. И., Величко Д. В., Антерейкин Е. С. Регрессионный анализ процессов нарастания износа рельсов и вероятность их безотказной работы в кривых участках пути // Вестник Сибирского государственного университета путей сообщения. 2012. Вып. 28. С. 6-15.

References

1. Shur E. A. Damage to rails. M.: Intekst; 2012. 192 с. (In Russ.).

2. Krysanov L. G. Exploitation of resistance and reliability of rails. Track and track facilities. 2008;(5):2-5. (In Russ.).

3. Defects of rails. Classification, catalog and parameters of defective and acutely defective rails: approved by the order of JSC "Russian Railways" from October 23, 2014 no. 2499r (as amended from 10.10.2017). M.; 2014. 35 р. (In Russ.).

4. Karpushchenko N. I., Kozlov A. P., Kotova I. A., Antereikin E. С. Gauge parameters and rail wear in curves. Track and track facilities. 2007;(11):7-9. (In Russ.).

5. Karpushchenko N. I. Mechanical and mathematical model for assessing the intensity of lateral rail wear. Track and track facilities. 2018;(4):31-37. (In Russ.).

6. Abdurashitov A. Yu., Shur E. A. To improve the system of rail maintenance. Track and track facilities. 2005;(6):2-6. (In Russ.).

7. Salovatov R. O. Exploitation of rails on cargo-stressed and mountain-crossing sections. Way and track facilities. 2020;(5):24-26. (In Russ.).

8. Komarov A. Y. Sredne-Sibirsky way in conditions of development of heavy-weight traffic. Way and track facilities. 2021;(8):18-20. (In Russ.).

9. Malygin V. A., Shevtsova N. V., Bogdanov O. K. Experience in operation of rails at Slyudyanka track distance. Track and track facilities. 2021;(2):21-24. (In Russ.).

10. Karpushchenko N. I., Manakov A. L., Trukhanov P. S. Optimization of parameters of the life cycle of the railway track superstructure in complex operating conditions. Novosibirsk: Nauka; 2020. 148 р. (In Russ.).

11. Karpushchenko N. I., Antereikin E. S., Zamelova D. A., Trukhanov P. S. The study of lateral wear of rails in the curves in the overpass section. Track and track facilities. 2018;(9):35-40. (In Russ.).

12. Karpushchenko N. I., Kotova I. A., Likratov Y. N., Surovin P. G., Antereikin E. С. Interaction of wheels and rails in the curved sections. Track and track facilities. 2008;(6):2-5. (In Russ.).

13. Karpushchenko N. I., Velichko D. V., Antereykin E. S. Regression analysis of rail wear growth processes and probability of their fail-safe operation in curved sections of track. The Siberian Transport University Bulletin. 2012;28:6-15. (In Russ.).

Информация об авторах

Н. И. Карпущенко - профессор кафедры «Путь и путевое хозяйство» Сибирского государственного университета путей сообщения, доктор технических наук.

Е. М. Река - аспирант кафедры «Путь и путевое хозяйство» Сибирского государственного университета путей сообщения.

Information about the authors

N. I. Karpushchenko - Professor of the Track and Track Facilities Department, Siberian Transport University, Doctor of Engineering.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

E. M. Reka - Post-graduate Student of the Track and Track Facilities Department, Siberian Transport University.

Статья поступила в редакцию 17.01.2022; одобрена после рецензирования 18.01.2022; принята к публикации 05.04.2022.

The article was submitted 17.01.2022; approved after reviewing 18.01.2022; accepted for publication 05.04.2022.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.