CC BY
19
опытъ
сравнительной оцѣнки вліянія внѣшнихъ силъ на угонъ рельсовъ пути.
Преподавателя Томскаго Технологическаго Института инженера Л. Н. Любимова.
^веденіе.
Вопросу объ угонѣ рельсовъ было неоднократно удѣлено должное вниманіе, какъ въ иностранной, такъ и въ нашей отечественной технической литературѣ. Цѣнныя изслѣдованія Коюара*), Энгерта и Шпитца**) на французскихъ и нѣмецкихъ желѣзныхъ дорогахъ съ одной стороны и обстоятельный докладъ инженера Лебедева на XV Совѣщательномъ съѣздѣ инженеровъ Службы Пути русскихъ желѣзныхъ дорогъ—съ другой,—во многихъ отношеніяхъ освѣтили это существенно важное больное мѣсто нашего желѣзнодорожнаго путеваго хозяйства.
ч
Изъ разсмотрѣнія примѣняющихся, какъ на русскихъ, такъ и на иностранныхъ желѣзныхъ дорогахъ мѣропріятій противъ угона рельсовъ выясняется однако, что его совершенное уничтоженіе пока никакими средствами не достигнуто. Тѣмъ не менѣе, хотя бы только уменьшеніе величины угона до возможно ничтожныхъ размѣровъ,—безъусловно необходимо не только въ смыслѣ путеваго благоустройства, но и какъ обстоятельство, представляю-
*) Coüard. Revue generale des chemins de fer. Aoüt. 1896.
**) „lieber das Wandern von Schienen bei Eisenbahngleisen“. Nach Vorträgen von H. Frei herr von Engerth und M. Spitz- Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens.
щее Еесомнѣнно весьма существенное сокращеніе расходовъ по устраненію сего зла, достигающихъ подчасъ довольно внушительныхъ цифръ*). Во всѣхъ вышеуказанныхъ изслѣдованіяхъ не обращено, однако же вниманія на такую сторону вопроса, должное выясненіе которой могло бы, быть можетъ, облегчить изысканіе болѣе дѣйствительнаго приспособленія для борьбы съ угономъ. А именно: нигдѣ не произведено надлежащаго разбора: катя же изъ всѣхъ внѣшнихъ силъ, дѣйствуюіцихъ на угонъ рельсовъ въ пути, имѣетъ преобладающее значеніе? Цѣль настоящаго изслѣдованія, по мѣрѣ возможности, пополнить этотъ существенный пробѣлъ.
§ 1. Проявленіе угона. Продольное перемѣщеніе рельсовъ вдоль оси пути или т. н. „угонъ“ выражается двояко: или въ видѣ движенія рельсовъ вдоль оси ио шпаламъ и подкладкамъ или же, какъ перемѣщеніе вмѣстѣ со шпалами. Угонъ, какъ извѣстно, ведетъ къ полному разстройству пути, вызываетъ необходимость усиленнаго ремонта и служитъ одною изъ основныхъ причинъ преждевременной порчи верхняго строенія. Такъ какъ перемѣщеніе рельсовъ происходитъ или одновременно въ обѣихъ ниткахъ колеи, болѣе или менѣе параллельно или же, наоборотъ, одна нитка опережаетъ другую, то въ связи съ характеромъ такого движенія находится и самый родъ тѣхъ поврежденій, которыя вызываются угономъ. Порча верхняго строенія въ зависимости отъ перваго рода угона заключается, главнымъ образомъ, въ тѣхъ изъянахъ, какіе причиняетъ чрезмѣрное увеличеніе или уменьшеніе стыковыхъ зазоровъ, какъ то: въ надломахъ и изломахъ рельсовъ по болтовымъ отверстіямъ, въ боковомъ искривленіи пути, поврежденіяхъ въ накладкахъ, болтахъ, костыляхъ и шурупахъ, а равно и въ разстройствѣ балласта и порчѣ шпалъ путемъ выворачиванія таковыхъ.
Втораго рода угонъ вызываетъ перекосъ стыковъ, а въ зависимости отъ этого и неодинаковую нагрузку шпалъ подъ обѣими нитками, влекущую за собою въ свою очередь пссиокойный путь.
§ 2. Величина наибольшаго годоваго угона. Величина эта очевидно вполнѣ условна: обстоятельства, являющіяся основными дѣятелями въ дѣлѣ
*) До 150 р. съ версты, напримѣръ, на Московско-Ярославской желѣзной дорогѣ.
угона, могутъ на разныхъ дорогахъ, въ зависимости отъ мѣстныхъ условіи, давать такія разнообразныя сочетанія, что наибольшій угонъ можетъ быть отличный на каждой дорогѣ, не только для каждаго мѣста, но и для каждаго года.
Наибольшія величины годовыхъ продольныхъ перемѣщеній на иностранныхъ желѣзныхъ дорогахъ и 7 русскихъ указаны въ докладѣ инженера Лебедева на XY Съѣздѣ Инженеровъ Службы Пути *). Въ прилагаемой ниже таблицѣ показаны величины наибольшихъ годовыхъ угоновъ, которые пришлось намъ наблюдать лично на двухъ изъ самыхъ бойкихъ по движенію желѣзныхъ дорогъ Московскаго желѣзнодорожнаго узла: Курской и Нижегородской. Величины максимальныхъ угоновъ, какъ па той, такъ и на другой дорогахъ выражаются почти одинаково, а именно достигаютъ величины 0.143 сажепи=305 м/м. для Курской **) и 0.14 сажени=229 м/м. ***) для Нижегородской ж. д. Сопоставленіе этихъ двухъ величинъ съ наибольшимъ угономъ заграничныхъ дорогъ и русскихъ, приведенныхъ въ вышеупомянутомъ докладѣ—показываетъ, что онѣ равны наибольшему угону на: Прусскихъ желѣзныхъ дорогахъ, на Закавказской и Юго-Восточныхъ и меньше угона на Привислянскихъ ж. д.|°). Къ сожалѣнію сравненіе это, конечно, весьма условно, такъ какъ могло бы съ большею степенью достовѣрности быть сдѣлано лишь по приведеніи всѣхъ годовыхъ угоновъ, такъ сказать, къ одному знаменателю, т. е. по расчетѣ
. ихъ въ зависимости, хотя бы, напримѣръ, отъ каждой тысячи проходящихъ поѣздовъ.
. Заключеніе, которое можно сдѣлать изъ нижеприведенной таблицы, въ общемъ только подтверждаетъ выводы, сдѣланные ранѣе другими изслѣдователями и останавливаться на нихъ дольше было бы посему излишвѳ.
*) Протоколы XV Съѣзда Инженеровъ Сл. Пути стр. 71 —1898 г.
**) 167 верста Московскій путь.
*'*) 17 верста Нижегородскій путь.
Г) 420 м/м.
НАИМЕНОВАНІЕ ДОРОГИ. Версты. Профиль полотна. КАЧЕСТВО ВАЛ-ЛАСТА. Величина угона| въ саженяхъ. Величина угона » 7т. ПРИМѢЧАНІЕ.
Прямая. Кривая Р. Уклонъ. Подъ- емъ. Площадка. Ввутр. колея. Наружи. колея. Внутр. колея. Наруж. колея.
Московско-К у рская 167 400 0.008 Мелкозернистый . . 0.143 0.05 305 107
If я 176 500 0.008 0.027 0.012 58 26
Я п 177 500 0.008 0.024 0 012 51 26
я Щ 178 500 0.008 Я 0.О27 0.015 58 32
п п 179 Прямая 0.008 Я 0.006 0.012 13 26
п Я 180 500 0.008 0.024 0.012 51 26
и Я 181 Прямая 0.008 0.003 0.009 6 19
п »* 182 Прямая 0.003 я 0.003 6
п и 183 500 0.002 0.006 0.012 13 26
г и 184 Прямая 0.001 0.006 13
и Я 185 300 Площадка я 0.03 0.012 64 26
я и 186 450 Площадка. 1» 0.024 0.009 51 19
П п 215 500 0 008 Среднезернистый . . 0.021 0.012 45 26
я п 224 400 0.007 Т» 0.024 0012 51 26 І
и я 241") 1 400 Площадка. 0.015 0.018 32 38 *) Подходъ къ ;
п я 243 500 0.008 0.024 0.014 51 30 станціи съ 0.008 j
я я 244 500 0.008 » 0 0225 0.012 48 26 уклона на тормо- і
я Я 247 500 0.008 «1 0.0225 0.012 48 26 захъ.
Московско-Нижегород. 2 500 0.004 Средвезернистый . 0.018 0.006 38 13
Я » 3 Прямая 0.006 0.006 0.009 13 19 • ■
■ п 4 1000 0.006 Крупнозернистый . . 0.012 0.009 26 19
«1 я 17*') 500 0.004 Мелкозерннст. илистый 0.14 0.03 299 64 **) Подходъ на
!• п 23 Прямая 0.00> п я 0.006 0.009 13 19 ториазахъ къдач- '
Я я 34 • 1000 0.007 п п 0.0165 0.012 35 26 вой платформѣ, j
я я 45 2000 0.002 «* Я 0.012 0.009 26 19 (+) Двухъ годи-
«1 я 58 Прямая 0.006 Среднезернистый . . (+) «1 чвый угонъ при
1« я 58 Іірямая 0.006 П II <+ +J Я W забитыхъ свай-
к ахъ—0.03 саж.
(++)Двухъ год.
угонъ безъ сваекъ
=0.02 саж.
§ 3. Опредѣленіе силы сопротивленія верхняго строенія угону. Сила продольнаго сдвига рельсъ, какъ сказано было выше (§ 1), можетъ проявляться двояко: а) она передвигаетъ одни только рельсы вдоль ихъ оси или
б) сдвигаетъ все верхнее строеніе, считая и шпалы.
Если обозначить вѣсъ верхняго строенія на протяженіи одного звена рельсовой колеи черезъ Р0; черезъ L0 — вѣсъ паровоза и черезъ F0—коэффиціентъ тренія—то треніе соотвѣтствующее такому вѣсу можетъ быть выражено черезъ:
W0 = (Р0 + L0) F0 . . . . (I)
Вѣсъ верхняго строенія на протяженіи одного звена обѣихъ нитокъ 28 футоваго рельса при вѣсѣ сего послѣдняго въ 247з фунтовъ въ погонномъ футѣ, слагается изъ:
Вѣса 2 рельсъ =
2 X 28 X 24.33 40
У)
У>
У>
ö угловыхъ няклядокъ — і
ОІ 6.35 X 24
24 подкладокъ = -------^------
о ^ 1.6 х 8
8 бОЛТОВЪ = -------J7T— =
40
34.06 пуда. 4.40 » 3.82 » 0.32 *
Итого........................... 42.60 пуда.
Вѣсъ этотъ увеличивается вѣсомъ подвижнаго состава.
Въ предположеніи расположенія надъ звеномъ наиболѣе тяжелой части перваго, т. е. паровоза въ 60 тоннъ и при коэффиціентѣ F0 = 0.25 — формула (I) принимаетъ видъ:
W0 = (42.60 -j- 60 X 61.05) X 0.25 пудовъ = (42.60 -f- 60 X 61.05) X X 16.38x0.25 килограммовъ = 15174.43 килограммовъ .... (А)
Въ случаѣ рельсовъ, лежащихъ непосредственно на шпалахъ, безъ подкладокъ,—коэффиціентъ тренія рельса о шпалу будетъ иной. Если означить его черезъ F, то формула (I) приметъ видъ:
W'0 = (Р 0 L0) F . . . . (II)
Р'0 — опредѣлится по предъидущему какъ:
42.60 — 3.82 = 38.78 пудовъ
W'0 = (38.78 + 60 X 61.05) X 16.38 X 0.50 = 30317.58 . . . (Б)
При выводѣ выраженій (А) и (Б) пренебрежено было удерживающею силою костылей. Опытъ показываетъ, что, если принять во вниманіе, какъ сію послѣднюю, такъ и вообще все •сопротивленіе представляемое скрѣале-ніемъ—то величины WQ и W'0 можно считать *) процентовъ до 50 выше, т. е. принять _ і ,
WQ = до 22000 килограммовъ . . . . (В)
W'0,= . до 45000 килограммовъ..........(Г)
б) Во второмъ случаѣ, т. е. когда сила угона дѣйствуетъ на сдвигъ всего верхняго строенія, считая и шпалы—треніе, противодѣйствующее этому сдвигу будетъ или:
W"0 = (P04-L04-nG)XF0..................(HI) ‘
или: W'"0=(P'c4-L04-nG)XF....................(IV)
гдѣ G—вѣсъ одной шпалы, а и—число таковыхъ подъ однимъ звеномъ колеи.—Пусть по предъидущему Р0 = 42.60 нуда: Р'0 = 38.78 пуда; G=3 (вѣсъ сосновой шпалы сѣченія 5X3 вершка, длиною 1.25 сажени): тогда:
W"0 = (42.60+60X61.05+12X3)X 16.38X0.25=15321.85 килогр. (Д)
W'"0 = (38.78+60Х61.05+12ХЗ)Х 16.38X0.50=30612.42 килогр.(Е)
Сюда присоединяется еще и противодѣйствіе балласта, заключеннаго въ ящикахъ между шпалъ, вызванное сдвигомъ таковыхъ. Если обозначить сопротивленіе балласта отъ сдвига одной шпалы (на единицу длины таковой) чрезъ Е,—то при длинѣ гапалы=1 и числѣ шпалъ = п, получится для случая рельсовъ лежащихъ на подкладкахъ нижеслѣдующее выраженіе:
W""0 = (Р0 -Ь L Ч- n G) F0 н- пі Е . . . (V)
А для случая рельсовъ, лежащихъ непосредственно на шпалахъ:
W"w,0. = (Р'0 Ч- L -Ь n G) F Ч- пі Е . . . . (VI)
Такъ какъ Е = 1і2 Д t g3 (45° Ч- 'fA)**)» гдѣ А— вѣ«ъ кубической еди-
ницы балласта; h — высота шпалы; — уголъ тренія, то при условіи: высоты шпалы = 3 вершкамъ = 0.0625 сажени; длины = 1.25 сажени; Д — вѣсѣ одной кубической сажени балласта = 1000 пудовъ и ср — 37°
*) Протоколы XV Съѣзда Инженеровъ Службы Пути. стр. 69.
**) Heusinger von Waldegg. Kalender für Eisenbahn—Techniker. 1898 г. стр. i.
h*
dIE -•= nl-2 Atg2
. 2 1 '''
^ = 12 X 1.25 X0.Ö625 X 1000xtg36ä?3Ö'F=
2
-=12X1*25 X 0.0625X 1000 X 16,38X4 килограммовъ ~ 1919.53килогр.
2 • • • “ :
И, слѣдовательно: W""0 = 15321.85+1919.53= 17241.38 килограм. . . (Ж).
W"'"0 = 30612.42+1919.53 = 32531.96 килограм. . . (3)
Формулы (I) — (VI) позволяютъ такимъ образомъ подсчитать силу сопротивленія угону для каждаго частнаго случая, а въ примѣненіи къ. случаю одного звена 28' рельса даютъ, какъ'видно изъ выраженій (А) (Б) (В) (Г) (Д) (Е) (Ж) и (3) — силы противодѣйствія угону, изъ коихъ максимальною является по предъидущему сила:
W'0 — 45000 килограммовъ. ■
11 і
§ 4. Основные дѣятели въ явленіи угона рельсовъ. Направленіе про-:’ дольнаго перемѣщенія рельсовъ на дорогахъ съ двупутнымъ движеніемъ совпадаетъ вообще, какъ извѣстно, съ направленіемъ движенія поѣздовъ: на дорогахъ въ одинъ путь, направленіе это почти всегда въ сторону господствующаго движенія. Такимъ образомъ угонъ рельсовъ прежде всего находится въ прямой зависимости отъ тѣхъ обстоятельствъ, коими сопровождается движеніе поѣздовъ при слѣдованіи ихъ по рельсовой колеѣ. Такими обстоятельствами являются:
а) сила сопротивленія движенію поѣзда.
б) ударъ колесъ подвижнаго состава.
в) сила тренія при тормаженіи.
г) конструкція паровозовъ, дающая себя чувствовать почти исключительно въ неравномѣрности угона обѣихъ нитокъ одной и той же колеи.
Засимъ на угонъ рельсовъ дѣйствуетъ, хотя и въ гораздо меньшей степени, совокупность различныхъ мѣстныхъ условій, какъ то: вліяніе балласта, конструкціи верхняго строенія пути, климата и т. п., разсмотрѣніе коихъ не входитъ въ составъ настоящаго изслѣдованія, какъ уже достаточно обстоятельно разобранныхъ въ свое время въ трудахъ, какъ русскихъ, такъ и иностранныхъ инженеровъ.
§ 5. Угонъ рельсовъ отъ сопротивленія движенію поѣзда. Треніе между колесами подвижнаго состава и рельсами, обусловливающее собою движеніе поѣзда, порождаетъ силу, стремящуюся, какъ говорено выше, уго-
нять стыки ііо направленію движенія. Величина этой силы можетъ быть выражена формулою вида:
Ф = FCP .... (VII)
гдѣ Ф сила угона; F0 = коэффиціентъ тренія между бандажомъ и рельсомъ, а Р — вѣсъ поѣзда. Коэффиціентъ F0 по опытамъ Гальтона можно считать въ среднемъ равнымъ 0.25*).
Если принять далѣе вѣсъ паровоза съ тендеромъ, равнымъ 100 тоннамъ**)—то' для случая движенія одного этого паровоза сила угона выразится черезъ:
Ф = 0.25 X 100 X Ю00 = 25000 килограммовъ . . (И)
Такъ какъ такое выраженіе силы угона было бы только приблизительно вѣрно, въ виду того обстоятельства, что формула (VII) выведена отвлекаясь совершенно отъ скорости движенія, профиля пути и вліянія прочей части поѣзда,—то для болѣе точнаго опредѣленія силы угона отъ сопротивленія поѣзда движенію, лучше всего примѣнить формулу профессора Петрова***).
Имѣемъ для товарнаго поѣзда:
W = (4.8 -f- 0.15ѵ -f— 0.001 ѵ2) L + 1.2 Q -f- 0.9nv +0.03(1 +0.04n)v2+ + (+> + 21 + 0.2 —0.015 T) (L + Q)..................(VIII).
Здѣсь W—полное сопротивленіе всего поѣзда, выраженное въ килограммахъ L—вѣсъ паровоза съ тендеромъ въ тоннахъ, п—число вагоновъ.
1—разстояніе между осями, неизмѣвяющими относительнаго положенія въ вагонѣ, выраженное въ метрахъ.
-+і—число тысячныхъ въ подъемѣ или спускѣ****); при этомъ знакъ (+) относится къ подъемамъ, а (—) къ скатамъ.
R—радіусъ закругленія пути въ метрахъ.
Т—температура атмосферы въ градусахъ Цельсія, ѵ—скорость всего поѣзда въ километрахъ въ часъ.
*) Коэффиціентъ этотъ измѣняется въ предѣлахъ 0.14—0.33.
**) Циркуляръ Департамента жел. дорогъ отъ 15 января 1896 г. № 753.
Вѣсъ паровоза 60 тоннъ. Длина между буферами 9.3 го. Вѣсъ тендера 37,50 тоннъ. Длина 6 8 ш.
***) „Сопротивленіе поѣзда на желѣзной дорогѣ* ст. 332
'***) т. е., напримѣръ, при уклонѣ=0.008; і = 8.
Пусть по предъидущему L = 100 тоннъ; ѵ=40 километровъ; п = = 30; Q = 430*) тоннъ; і = 8; R — 800 метровъ; 1 = 8.8; Т = 20° Ц.
Тогда формула (VIII) приметъ видъ:
%
_2
\Ѵ = (4 +0.15 X 40 + 0.001 X 40) X 100+1.2 х 4S0 4-0.9 X -30 X
2 2
X 40 + 0.03 (1 + 0.04 X 30) X 40 + (+ 8 + 21 X -*0|+5^-8 +
+ 0.2- 0.015 X 20) (100-f 480) = 1190 +576+ 1080 + 1056 +
+ (!£ 8 + 0.824+0.2—0.3) X 580= —1268.48 или+8011.52килогр.
Отсюда слѣдуетъ, что сила угона для обѣихъ нитокъ рельсовой колеи въ
случаѣ уклона = 1268.48 килограммовъ............................(К)
А въ случаѣ движенія поѣзда на такой же подъемъ = 8011 52 кил.. . (Л) Сила эта дѣйствуетъ одновременно на протяженіи, собственно, всего иоѣзда т. е. 16.1т + 30 X 7.6m = 244.1m = 114.4S сажени или (при 28 футовыхъ рельсахъ)—на 29 стыковъ и, слѣлсвательно, на каждый стыкъ приходится единовременно лишь часть таковой. Но въ виду того обстоятельства, что послѣдовательный проходъ колесъ всего поѣзда черезъ одинъ и тотъ же стыкъ совершается въ весьма короткій промежутокъ времени—вѣрнѣе принять, что на стыкъ дѣйствуетъ полная сила угона, вычисленная по (К) или (Л).
§ 6. Угонъ рельсовъ отъ ударовъ колесъ подвижнаго состава при прогибѣ СТЫКОВЪ. Ударъ колесъ подвижнаго состава происходитъ, какъ извѣстно, главнымъ образомъ, отъ недостаточной жесткости соединенія въ рельсовыхъ стыкахъ: при прогибѣ стыка (См. ф. 1 на отдѣльной таблицѣ чертежей) колесо, понизивъ по движенію одну изъ стыковыхъ шпалъ, должно какъ бы восходить на подъемъ у послѣдующей стыковой шпалы: при этомъ сила удара, который производитъ колесо на рельсы, должна неминуемо толкать эти послѣдніе впередъ. Это будетъ имѣть мѣсто особенно въ тѣхъ случаяхъ, когда прозоръ между смежными рельсами слишкомъ великъ: тогда при приближеніи колеса къ стыку (фиг. 2) конецъ противушерстнаго рельса будетъ находиться выше, чѣмъ пошерстнаго, образуя при этомъ уступъ, о который будетъ ударять край бандажа.
Величина силы удара очевидно пропорціональна, главнымъ образомъ, вѣсу подвижнаго состава и скорости его движенія.
Если разсматривать одинъ лишь паровозъ и считать его соединеніе съ тендеромъ и остальною частью поѣзда совершенно упругимъ и принять, по ‘предъидущему, вѣсъ паровоза равнымъ L тоннъ; скорость движенія =ѵки-
*) Считая вѣсъ вагона при полномъ грузѣ въ t<> тоннъ.
лометровъ въ часъ; £=ускоренію силы тяжести—то силу удара о стыки обѣихъ колей можно выразить формулой:
• (IX)
При вѣсѣ паровоза, равномъ 60 тоннамъ = 60.000 килограммамъ; ѵ = 40 километрамъ = 40.000 метрамъ въ часъ и g = 9.81 метрамъ въ секунду
60.000X40.000 ~ 9.81X60X60
67957.87 килограммовъ .
• (Н).
Очевидно, что на величину силы удара можетъ оказывать вліяніе масса и остальной части поѣзда.
§ 7. Угонъ отъ ударовъ колесъ подвижнаго состава вслѣдствіе кантованія концовъ рельсовъ. Отъ несовпаденія профилей рельсовъ въ стыкѣ благодаря поперечному наклоненію таковыхъ подъ нагрузкою колесъ является, къкъ бы, скручиваніе пошѳрстнаго конца рельса. Какъ извѣстно, рельсы подъ давленіемъ колесъ наклоняются нѣсколько внутрь колеи, которая отъ этого съуживается. Но наблюденіямъ на французскихъ желѣзныхъ дорогахъ *) оказывается, что такое ваклопеніе составляетъ въ среднемъ отъ 1—2.5 m/m, причемъ наклонъ этотъ по концамъ рельса больше чѣмъ но срединѣ, т. е. происходитъ какъ бы „кантованіе* его конца. Такъ какъ накладки не обладаютъ достаточной жесткостью (даже при условіи самаго ихъ плотнаго прилеганія къ рельсовой шейкѣ), чтобы передать это скручивающее усиліе слѣдующему рельсу—то пошерстный конецъ въ стыкѣ (ф. 3) больше наклоняется, чѣмъ противошерстный, образуя такимъ образомъ уе-туиъ, съ котораго соскакиваетъ колесо. Вслѣдствіе этого, особенно нри большихъ скоростяхъ, колеса падаютъ на нротивошерстный конецъ рельса въ нѣкоторомъ разстояніи (отъ 11/з" — 3") отъ стыка (ф. 4), образуя выбоины въ головкахъ этихъ концовъ, удары о которые будутъ, очевидно, способствовать угону.
§ 8. Угонъ рельсовъ отъ ударовъ колесъ подвижнаго состава объ уступы въ стыкахъ, являющіеся вслѣдствіе несовпаденія профилей рельсовъ. На увеличеніе силы удара въ стыкахъ имѣетъ, безспорно, значеніе и неодинаковая высота смежныхъ концовъ рельсовъ, являющаяся послѣдствіемъ или небрежной прокатки новыхъ рельсовъ, или же вслѣдствіе укладки при единичной смѣнѣ старыхъ рельсовъ съ неодинаковою степенью износа. По послѣднимъ техническимъ условіямъ нріемки рельсовъ*) допускается разница въ высотѣ ихъ не свыше 0.5 m/m. Даже и такой сравни-
*) По наблюденіямъ Коюара на дорогѣ Paris—Lyon—МёсШеггапёе.
*) „Временныя техническія условія на поставку стальныхъ рельсовъ“ § 2—Вѣсти. М. П. С. 1 1900 годъ.
тельпо ничтожный уступъ всетаки оказываетъ ощутительное вліяніе: такъ , • 15
ири ударѣ колеса съ давленіемъ -g- — 7.5 тоннъ при паденіи съ такого
уступа развивается живая сила въ 7.5 X 1000x0.0005 = 3.75 килограммометра.
§ 9. Угонъ отъ ударовъ неправильно изношенныхъ бандажей. Нерѣдко случается, что шины колесъ подвижнаго состава изнашиваются далеко не однообразно. Удары получаемые колесами при проходѣ черезъ стыки и въ особенности треніе объ рельсы слишкомъ сильно затормаженпыхъ ко-, лесъ, весьма часто измѣняютъ поверхность катанія бандажей, придавая имъ иногда видъ значительно отступающій отъ формы правильнаго конуса, имѣющаго своею геометрическою осью—ось вращенія колесъ, а иногда производитъ въ нихъ даже настоящія выбоины.
Въ этомъ отношеніи дѣйствіе воздушныхъ тормазовъ, производящихъ давленіе на колеса цѣлаго поѣзда болѣе или менѣе равномѣрно, гораздо слабѣе, нежели дѣйствіе ручныхъ тормазовъ.
Во все время движенія катящагося колеса, пока прикосновеніе его къ рельсамъ происходитъ на правильныхъ частяхъ поверхности бандажа, центръ тяжести колеса будетъ описывать лииію равноотстоящую отъ поверхности рельса и, посему, сила, прижимающая колесо къ рельсу, пе произведетъ никакой работы. Но какъ только колесо коспется рельса выбитою частью бандажа—то послѣдуетъ ударъ—въ свою очередь образующій на поверхности рельсовъ цѣлый рядъ мелкихъ выбоинъ, благодаря которымъ въ дальнѣйшемъ подвижной составъ даже и съ правильными шинами будетъ ударяться объ эти выбоины и тѣмъ способствовать угону рельсовъ.
§ 10. Угонъ отъ силы тормаженія. При тормаженіи колесъ, катящихся по рельсамъ, какъ извѣстно, увеличивается оказываемое сими послѣдними сопротивленіе поступательному движенію. Это сопротивленіе 11 не можетъ превысить силы сцѣнленія FP (§ 5),—иначе ироизошло бы простое сколь-жепіе колесъ подвижнаго состава но рельсамъ. Наивысшаго своего значенія сила R достигаетъ очевидно тогда, когда тормазныя колодки нажаты до высшаго предѣла, при которомъ колеса еще катятся по рельсамъ и ири малѣйшемъ увеличеніи котораго начали бы скользить. Коэффиціентъ сцѣпленія колесъ съ рельсами измѣняется въ зависимости отъ состоянія поверхности рельсовъ, не зависитъ отъ скорости движенія и колеблется, какъ гиворено было выше, въ предѣлахъ отъ 0.14—0.33, при чемъ въ среднемъ можетъ быть принятъ равнымъ для сухихъ рельсовъ въ 0.25.
Принимая это послѣднее значеніе коэффиціента F — нетрудно видѣть, что ври N % тормазпыхъ осей въ поѣздѣ наибольшее горизонтальное уси-
ліе передаваемое при тормаженіи цѣлаго поѣзда вѣсомъ Р на рельсы можетъ достигать величины
R — 0.25 X N X Р • • • или
R = 0.25XN[L + Q] . .(X)
гдѣ, по предъидущему, L- вѣсъ паровоза съ тендеромъ, а Q—вѣсъ вагоновъ въ тоннахъ.
Для разсмотрѣннаго въ § 5 частнаго случая L = 100 тоннъ, Q — 480 тоннъ; п — число вагоновъ = 80.
Если принять во вниманіе, что по нашимъ министерскимъ постановленіямъ при скорости движенія въ 40 верстъ въ часъ и 0.008 уклонѣ наименьшее количество тормазныхъ осей должно быть 23—то для даннаго слу-23
чая N = -д-. = 0.38 и
2 X п —
R — 0.25 X 0.38 X (100 + 480) X 1000 = 55100 килограммовъ . . (М) Въ настоящее время, когда система непрерывныхъ тормазовъ получила уже столь обширное примѣненіе, что на нѣкоторыхъ дорогахъ въ курьерскихъ и скорыхъ поѣздахъ всѣ вагонныя оси уже снабжены тормазными колодками—сила тормаженія можетъ очевидно достигнуть, въ иныхъ случаяхъ, гораздо большихъ размѣровъ, чѣмъ указано выраженіемъ (М) и, слѣдовательно, еще сильнѣе способствовать угону.
§ 11. Сопоставленіе найденныхъ силъ угона.
Величина силы сопротивленія верхняго строенія угону. Величина силы угона (въ килограммахъ).
і Условія, при которыхъ сопротив- Сила сопро- Угонъ отъ Угонъ отъ Угонъ отъ
тивленія въ сопротввле- ударовъ ко-
нія движенію лесъ подвиж-
j ляется верхнее строеніе. килограммахъ. поѣзда. наго состава* тормаженія.
I. Угоняются только рельсы. і
1 а) рельсы лежатъ на подкладкахъ 22000
! б) я „ непосредственно
1 на шпалахъ 45000
1 II. Угоняется все верхнее строеніе.
1 а) рельсы лежатъ на подкладкахъ 15321 1268
і б) „ „ ыепосредствен- 67958 55100
но на шиалахъ 30612 8011
1 III. Угоняется все верхнее строеніе,
' но принимается въ разсчетъ н
> сопротивленіе балласта въ ящи-
кахъ.
а) рельсы лежатъ на подкладкахъ 19560
1 б) „ „ непосредствен-
но на шпалахъ 34850
Изъ разсмотрѣнія настоящей таблицы нетрудно вывести нижеслѣдующія заключенія:
I. Сопротивленіе верхняго строенія при прочихъ благопріятныхъ условіяхъ можетъ оказаться достаточнымъ для надлежащаго противодѣйствія угону отъ сопротивленія движенію поѣзда.
II. Сопротивленіе верхняго строенія не въ состояніи бороться съ горизонтальными силами, вызываемыми ударами колесъ подвижнаго состава и торможеніемъ.
III. Наивысшимъ дѣятелемъ въ угонѣ рельсъ является, при всѣхъ прочихъ равныхъ обстоятельствахъ, та же горизонтальная сила, порождаемая ударами колесъ подвижнаго состава.
IV. Съ увеличеніемъ числа тормазныхъ осей возможно, что сила угона отъ тормаженія не только сравняется съ силою угона отъ ударовъ колесъ подвижнаго состава, но даже превзойдетъ таковую.
Такимъ образомъ всѣ мѣры для борьбы съ угономъ, вызываемымъ выше-рачсмотрѣнными въ§ 4 первыми тремя причинами, должны, главнымъ образомъ, ■быть направлены прежде всего на устраненіе вліянія силы ударовъ колесъ подвижнаго состава путемъ:
а) Безусловнаго изъятія изъ обращенія колесъ съ выбитыми бандажами.
б) Возможнымъ усиленіемъ жесткости стыковъ путемъ улучшенія системъ накладокъ, качества балласта и различнаго рода приспособленіями, могущими, хотя бы косвенно, способствовать силѣ сопротивленія верхняго строенія.
в) Строгою сортировкою передъ укладкою новыхъ рельсъ.
г) Строгимъ выборомъ старыхъ рельсъ при единичной смѣнѣ.
д) Обращеніемъ должнаго вниманія на борьбу съ дѣйствіемъ тормаже-пія, а именно: 1) вмѣненіемъ въ обязанность машинистамъ и кондукторскимъ бригадамъ товарныхъ поѣздовъ, снабженныхъ ручными тормазами — возможно заблаговременнаго и равномѣрнаго тормаженія на уклонахъ, а не внезапнаго нажатія тормазовъ въ послѣднюю т. е. критическую минуту, когда, благодаря чрезмѣрно развившейся скорости, приходится тормазить во всю; 2)—безусловнымъ запрещеніемъ машинистамъ пассажирскихъ и особенно курьерскихъ поѣздовъ, снабженныхъ непрерывными тормазами— тормаженія чуть ли не въ послѣднюю минуту передъ самой остановкой поѣзда у станціи, передъ мѣстомъ пути, на которое выдано предупрежденіе о тихомъ ходѣ, передъ большими мостами и т. д.
§ 12. ГІротивуугонная накладка системы инженера Любимова*). Накладка этой системы принадлежитъ къ числу однихъ изъ средствъ противъ угона, перечисленныхъ подъ рубрикою б_ въ предъидущемъ §. Ири-
*) Охранительное свидѣтельство Лг 10370.
способленіе это состоитъ (см. отдѣльный листъ чертежей ф. 5, 6, 7 и 8) изъ двухъ листовъ А и А1 котельнаго желѣза толщиною % дюйма, высотою 21 дюймъ и шириною 8,4 дюйма каждый. Къ листу А1 помощью 6 заклепокъ діаметромъ въ 7* дюйма приклепаны двѣ полосы котельнаго желѣза а и а1 (ф. 5 и ß), длиною 21 дюймъ, шириною Р/з дюйма и толщиною 2/в дюйма. Полосы эти образуютъ пазъ, въ который можетъ быть вставленъ листъ А. Къ тѣмъ же листамъ А и А1 приклепаны при помощи 5 заклепокъ полосы Б и Б1 длиною но 21 дюйма, шириною 2 дюйма и толщиною 1/2 дюйма, спабженвыя на верхнихъ концахъ своихъ лапками изъ того же желѣза (2" на 72"). Лапки эти образуются перекручиваніемъ естественнаго продолженія тѣхъ же полосъ Б и Б1 и составляютъ съ послѣдними, такимъ образомъ, одно цѣлое. Въ каждой изъ нихъ сдѣланы по два отверстія діаметромъ 1 дюймъ, сквозь которыя могутъ быть пропущены болты Д діаметромъ 7/ѣ дюйма, длиною 57s дюйма.
Способъ употребленія противуугопной накладки описаннаго образца таковъ: въ мѣстахъ пути, гдѣ замѣчается угонъ рельсовъ,—приводятъ предварительно путь надлежащимъ образомъ въ нормальное состояніе; затѣмъ, смотря по силѣ существующаго въ данномъ мѣстѣ угона: или па каждомъ стыкѣ или черезъ одинъ стыкъ или же, наконецъ, черезъ два стыка—располагаютъ въ стыкахъ противуугонныя накладки описаннаго образца. Для сего разбалчиваютъ одну пару болтовъ Д въ фасонныхъ накладкахъ бб стыка (ф. 7) съ одной какой нибудь стороны стыка; опускаютъ въ балластъ обѣ половинки А и А1 нротивуугонной накладки. Ударяя слегка кувалдой заставляютъ войти листъ А въ пазъ аа1 листа А1 и прибалчиваютъ лапки вышеуказанными болтами Д къ фасоннымъ накладкамъ бб1, а, слѣдовательно, и къ самому рельсу пути.
Въ случаѣ балластъ слишкомъ уплотнился и не допускаетъ неносред-ствеиной вставки половинокъ А и А1 поступаютъ слѣдующимъ образомъ: въ ящикѣ между стыковыми шпалами вырываютъ небольшую ямку и вставляютъ въ нее листы А и А1, поступая въ дальнѣйшемъ, какъ указано выше и наблюдая затѣмъ лишь, чтобы обратно засыпанный балластъ былъ бы плотно утрамбованъ.
Въ онисанномъ видѣ приспособленіе это можетъ быть изготовлена всецѣло средствами самихъ желѣзныхъ дорогъ, какъ по несложности своей конструкціи, такъ и по постоянной наличности въ предѣлахъ любой желѣзной дороги тѣхъ матеріаловъ, изъ которыхъ изготовляется накладка указанной системы. Самая установка ея на мѣсто производится въ стыкѣ рельсовъ, а не гдѣ либо посрединѣ таковыхъ, т. е. другими словами, не дѣлается въ рельсахъ добавочныхъ дыръ, могущихъ ослабить ихъ сѣченіе и служить причиною
поломки таковыхъ. Накладка не препятствуетъ надлежащей подбивкѣ концовъ шпалъ.
Противуутонное приспособленіе это было испытано въ теченіе одного рабочаго весенняго, лѣтняго и осенняго періода при нижеслѣдующихъ условіяхъ: профиль пути: двухъ-верстный, сплошной уклонъ 0.004. Кривая Р = 500. Движеніе двупутное. Размѣръ движенія свыше 30 поѣздовъ по каждому пути. Сильное тормаженіе пассажирскихъ поѣздовъ благодаря необходимости остановки у дачной платформы, находящейся на короткой площадкѣ при самомъ концѣ уклона. На описанной части пути до постановки противуугонныхъ накладокъ указанной системы, замѣчался сильный угонъ рельсъ (Ос.14 = 299 m/m). Путь былъ приведенъ въ полную исправность, стыки разогнаны по наугольнику; затѣмъ на части его были поставлены черезъ стыкъ накладки описанной системы. На сказанной части угонъ совершенно прекратился, тогда какъ въ прочихъ мѣстахъ версты угонъ возобновился. Изгиба лапокъ Б въ накладкахъ, а равно и поврежденія въ листахъ А послѣ шестимѣсячнаго лежанія въ пути не замѣчалось. Дѣйствіе накладки можетъ быть объяснено съ одной стороны нѣкоторымъ усиленіемъ жесткости самаго стыка,—съ другой же, какъ бы нѣкоторымъ усиленіемъ сопротивленія самаго балласта. Не предрѣшая возможности вполнѣ удачнаго дѣйствія т<>й же накладки и на болѣе крутыхъ уклонахъ—ограничиваемся здѣсь лишь установленіемъ факта ея полезнаго дѣйствія при вышеописанныхъ условіяхъ.
§ 13. Вліяніе конструкціи паровозовъ на угонъ. Вліяніе это, какъ было замѣчено уже вскользь (§ 4) выражается, главнымъ образомъ, въ неравномѣрности угона одной витки колеи или т. н. „опереженіи“ сравнительно съ другою. Разсмотрѣнію сего вопроса было посвящено въ иностранной (преимущественно нѣмецкой) литературѣ нѣсколько обстоятельныхъ статей,—причемъ авторы таковыхъ Borries*), Engerth и Spitz**) наблюдали, почти исключительно, опереженіе въ лѣвой ниткѣ, (считая по движенію) независимо оттого обращена ли она въ сторону бровки или же къ серединѣ пути и приписываютъ такое опереженіе конструкціи паровозовъ ав-стро-вевгерскихъ желѣзныхъ дорогъ, гдѣ кривошияъ праваго механизма насаженъ на 90° впередъ относительно положенія кривчпина лѣвой стороны, вслѣдствіе чего лѣвая сторона паровоза, какъ это между прочимъ и подтвердилось большимъ износомъ лѣвыхъ бандажей первыхъ колесъ—работала значительно сильнѣе нравой.
*) Organ fur die Fortschritte des Eisenbahnwesens. 18Э7 Heft. 12 „lieber den Einfluss der Lokomotiven auf das Wandern der Schienen“. Von Borries.
**) 1897. Heft. 9 „Ueber das Wandern von Schienen bei Eisenbahngleisen“ Von H. Freiherr, von Engerth und Ingenieur M. Spitz.
Съ своей стороны намъ лично пришлось наблюдать на Московско-Нижегородской желѣзной дорогѣ опереженіе правой нитки рельсовъ, вызываемое также конструктивнымъ недостаткомъ паровозовъ, обращающихся на этой дорогѣ, но нѣсколько инаго характера, чѣмъ только что описанный. Дѣло въ томъ, что до 1891 года неравномѣрнаго угона въ прямыхъ частяхъ Московскаго участка этой дороги не наблюдалось. Въ 1891 году на дорогу стали поступать новые паровозы Серіи Е. Коломенскаго завода системы Compaund. Спустя нѣкоторое время послѣ начала движенія сихъ послѣднихъ сталъ замѣчаться въ прямыхъ частяхъ пути угонъ, выражающійся въ обгонѣ правою ниткою колеи лѣвой нитки таковой. Такъ какъ наружная нитка во всѣхъ прямыхъ частяхъ на этой дорогѣ повышена но сравненію съ лѣвой— на 0.002—0.003е,—то такое опереженіе не могло найти себѣ возможнаго объясненія въ большей осадкѣ наружной витки на бровкѣ полотна, какъ сравнительно болѣе слабомъ мѣстѣ пути. Тогда намъ пришло на мысль искать причину такого обгона въ конструкціи вышеозначенныхъ паровозовъ. Оказалось, что паровозы этой серіи имѣютъ, какъ почти всѣ паровозы Compaund лѣвый цилиндръ значительно большей величины, чѣмъ правый. Уравненіе же работы того и другого цилиндра достигается тѣмъ, что свѣжій паръ изъ котла поступаетъ только въ правый малый цилиндръ, а лѣвый большой—работаетъ уже мятымъ паромъ, причемъ иаръ этотъ въ значительной степени теряетъ свое первоначальное давленіе, а именно съ давленія 11 атмосферъ падаетъ до Ьх/г или даже 5 атмосферъ. Уравненіе работъ обѣихъ сторонъ паровоза нри столь отличныхъ другъ отъ друга давленіяхъ достигается, какъ говорено выше, неодинаковыми размѣрами цилиндровъ, работающихъ свѣжимъ и мятымъ паромъ. Но дѣло въ томъ, что такое обстоятельство для вышеописанной серіи Е, какъ выяснено нами, безусловно вѣрно только при предѣльномъ давленіи въ котлѣ въ 11 атмосферъ. Зато какъ только давленіе свѣжаго пара, хотя бы немного только, ниже предѣльнаго (что случается на практикѣ весьма часто)—то уравненія работы правой и лѣвой стороны уже болѣе нѣтъ—и, какъ оказывается, на дѣлѣ работа свѣжаго пара въ правой сторонѣ паровоза значительно выше работы мятаго пара лѣвой. Этимъ и объясняется, какъ слѣдуетъ предположить, обгонъ именно правой нитки рельсовъ.
д
ф. 6
pzz
_84^.
