CC BY
23
УДК 625.1
М. В. НОВАКОВИЧ, Л. А. ГРИГОРЬЕВА, И. А. КУРИЛИНА (РГУПС, Россия)
О РЕЗЕРВАХ УВЕЛИЧЕНИЯ ПРОЧНОСТИ И УСТОЙЧИВОСТИ БЕССТЫКОВОГО ПУТИ
У статп пропонуеться новий щдхвд до розрахунку безстиково! коли на мщшсть i стiйкiсть. В статье предлагается новый подход к расчету бесстыкового пути на прочность и устойчивость. The new approach to calculation is offered to a track without joints on durability and stability in the article.
По известной методике расчета бесстыкового пути на прочность определяется верхняя граница температурного интервала закрепления плети, а так же давление на шпалу под подкладкой и на балласт под шпалой. По расчетам получается, что кромочные напряжения в рельсе и давление на шпалу под подкладкой или под рельсом (при бесподкладочных типах) от, например, типа рельса Р50 к типу Р65 изменяются незначительно и, по крайней мере, весьма далеки от допускаемых значений. Беспокойство может вызвать повышение давления на балласт под шпалой. В балласте под шпалой напряжения при Р65 на 15 % превышают напряжения при Р50, однако следует иметь в виду, что в зависимости от качества и состояния балласта его несущая способность изменяется в несколько раз.
Наши многолетние измерения зазоров на концах рельсовых плетей показали, что их абсолютные значения никак не совпадают с расчетными значениями, найденными по формулам, рекомендованным Техническими указаниями по устройству, укладке, содержанию и ремонту бесстыкового пути (ТУ-2000) [1].
Так, при изломе зазор, например для рельсов Р65
Х = 0,01 ДС
(1)
а между концом плети и уравнительным рельсом
Х = 0,005(Д^р - 7)2
(2)
приведенных в ТУ-2000, обусловлена тем, что в них не учитываются условия эксплуатации, а именно - воздействие поездов и предполагается, что излом может произойти только при отрицательных температурах, т. е. при смерзшемся балласте. В формуле (2) также не учтено, что до смерзания балласта зазор уже измениться на значительную величину.
В осенний период на концах рельсовых плетей происходит увеличение зазоров при одном и том же отступлении от температуры закрепления. Чем больше интенсивность движения поездов, тем быстрее происходит этот процесс.
На основании наших исследований и наблюдений выведена другая формула для определения величины перемещения X к конца рельсовой плети, принципиально отличающаяся от (1) и (2):
а\/п • т Д p
я - = N
(3)
где а - коэффициент температурного удлинения; т - время;
N =
K
Ею
Фактически, зазоры в разное время года при одних и тех же отступлениях температуры рельсов от температуры их закрепления оказываются любой величины от нуля до максимума.
Из формул (1) и (2) вытекает, что зазор при изломе должен быть в два с лишним раза больше, чем на уравнительном пролете. Фактически при разрыве стыка на конце рельсовой плети зазор значительно больше, чем при поперечном изломе рельса. Ошибочность формул,
К - коэффициент вязкости балласта, сдвигаемого шпалой; Е - модуль упругости рельсовой стали; ю - площадь поперечного сечения рельсов.
Приведенные значения А^ у в ТУ-2000 также найдены по ошибочной методике. В этой методике не учтено воздействие поездов и допущен вывод, противоречащий любой известной методике расчета бесстыкового пути на устойчивость. В частности значения А^у для
рельсов Р75 в ТУ-2000 оказались равными, а в некоторых случаях даже большими, чем для рельсов типа Р65.
По известной формуле Мищенко К. Н. для определения необходимого минимального по-
гонного сопротивления пути перемещениям поперек оси пути
Ч =
Р к2л/й
7,18• Е-^Г^ '
где Рк - критическая продольная сила в рельсах, Рк = ЕaюДt;
Р к
п = 1 + -^у, где I - длина кривой выброса,
Е • 1Г I = 13,19' г
Ч = т
Р
1
ю з ^ 2
ю
— +1 Iг
у
где I г - момент инерции рельсошпальной решетки в горизонтальной плоскости; т и п - постоянные.
Можно оценить относительную устойчивость бесстыкового пути в зависимости от типа рельса.
Отсюда следует, что необходимое погонное сопротивление поперечному сдвигу бесстыко-
ю
3/2
вого пути зависит от отношения
'12
. С уве-
личением мощности рельса на 10-15 кг/п.м это отношение увеличивается в горизонтальной плоскостях на 8-10 %, при этом величины ч для прямого участка бесстыкового пути увеличиваются на 14-17 %.
Обращает на себя внимание существенный рост потребного погонного сопротивления в горизонтальной плоскости. При радиусе 600 м увеличение мощности рельса на 10-15 кг/п. Для обеспечения устойчивости требует увеличения погонного сопротивления пути в горизонтальной плоскости на 20-25 %.
Таким образом, с точки зрения обеспечения устойчивости для бесстыкового пути желательно увеличение момента инерции рельсошпаль-ной решетки в горизонтальной плоскости, в том числе и за счет изменения формы поперечного сечения рельса.
На основании исследований по методике, разработанной [2], нам представляется целесообразным пользоваться формулой:
/ = ¡0 ехР
Р 2т 4Е1&
(4)
где Р - продольная сила в рельсах;
/и/ - текущая и начальная стрела;
2 - коэффициент вязкости в котором учтены условия эксплуатации.
Анализируя результаты расчетов на прочность и устойчивость бесстыкового пути с учетом новых исследований можно сделать следующие выводы:
1. Напряжения в рельсах, шпалах и балласте в зависимости от типа рельса изменяются незначительно и их влияние не столь существенно, как величина зазора, и устойчивость рельсо-шпальной решетки.
2. Зазор при изломе рельса или разрыве стыка зависит не от Др, а от & и т, он также
пропорционален не Ею, а VЕю и обратно пропорционален не г (погонному сопротивлению), а К.
3. Площадь поперечного сечения, как доминирующий фактор отрицательно влияет на устойчивость бесстыкового пути.
4. Погонный вес рельса отрицательно влияет на рассмотренные факторы, в связи с этим целесообразно рассмотреть возможность в будущем выпустить рельс с меньшим погонным весом, например, Р58.
5. Уравнительные пролеты не могут исключить максимальное раскрытие зазоров в осенне-зимний период времени года, в связи с этим необходимо применять меры по сварке стыков, ликвидируя все уравнительные пролеты, как на вновь укладываемых участках бесстыкового пути, так и на ранее уложенных.
6. Для недопущения потери устойчивости рельсошпальной решетки рельсовые плети целесообразно закреплять при оптимальной температуре рельсов так, чтобы в сжатом состоянии они работали не более 1/10 времени эксплуатации.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Технические указания по устройству, укладке, содержанию и ремонту бесстыкового пути / МПС России. - М.: Транспорт, 2000. - 96 с.
2. Новакович В. И. Бесстыковой путь со сверхдлинными рельсовыми плетями. Учебное пособие с грифом МПС. - Ростов-на-Дону: РГУПС, 2001.
