CC BY
69
Современные технологии - транспорту
23
Современные технологии - транспорту
УДК 625.03 А. Л. Алехин
Научно-производственное предприятие «Путьсервис»
Л. С. Блажко, Н. С. Никеров
Петербургский государственный университет путей сообщения
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ОДИНОЧНОГО ВЫХОДА РЕЛЬСОВ, СВАРЕННЫХ АЛЮМИНОТЕРМИТНЫМ СПОСОБОМ
В современной конструкции бесстыкового пути соединение плетей производится за счет их сварки. Качественная сварка стыков с последующей шлифовкой фактически исключает наличие неровностей на поверхности катания колеса в зоне стыка. В представленной работе проведены исследования по изучению качества сварных стыков, выполненных алюминотермитным способом, по результатам измерения прямолинейности траектории проката колеса по рельсу и влияния этих неровностей на одиночный выход рельсов.
прогнозирование, выход рельсов, алюминотермитная сварка.
Введение
Бесстыковой путь является наиболее прогрессивной конструкцией пути. Полное отсутствие стыков создает непрерывную поверхность катания для колес подвижного состава. В современной конструкции бесстыкового пути соединение плетей производится за счет их сварки. Качественная сварка стыков с последующей шлифовкой фактически исключает наличие неровностей на поверхности катания колеса в зоне стыка. При отличном содержании пути практически не возникает каких-либо дополнительных динамических воздействий на пассажиров (полная комфортабельность), уменьшается сопротивление движению поезда на 8-12 %, сокращаются расходы на ремонт подвижного состава на 10-12 %.
Основной технологией изготовления сварных плетей на российских железных дорогах является их сварка в стационарных условиях на рельсосварочных предприятиях, где используется электроконтактный способ. Этот метод сварки является в настоящее время наиболее качественным и наиболее изученным. Кроме этого метода для сварки рельсов используются также газопрессовая, электродуговая и алюминотермитная сварка.
ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС
2011/4
24
Современные технологии - транспорту
Алюминотермитная сварка, предложенная русским химиком Н. Н. Бекетовым еще в 1865 году и применявшаяся во многих странах мира, в том числе в России, вернулась в нашу страну с усовершенствованной технологией и новым качеством.
В статье представлены проведенные исследования по изучению качества сварных стыков, выполненных алюминотермитным способом, по результатам измерения прямолинейности траектории проката колеса по рельсу на главных путях железнодорожных станций Октябрьской железной дороги - филиала ОАО РЖД.
1 Виды геометрических неровностей
Натурные испытания по определению прямолинейности поверхности катания рельсов проводились в зоне стыков, сваренных алюминотермит-ным способом по технологии фирмы СНАГА.
Прямолинейность стыков определялась с помощью траекториографа, разработанного в ЛИИЖТе в 1978 году. Данный прибор позволяет с высокой точностью определить траектории перекатывания колес в зависимости от их износа. В опыте использовались ролики, имитирующие прокат колес с износом бандажа 0 мм и 2,7 мм, что соответствует среднесетевому износу, а также 5 мм, являющемуся максимально допустимым значением износа.
На основании проведенных полевых измерений статистическими методами были получены средние значения твердостей и неровностей траекторий в каждой точке при каждой наработке тоннажа, а также среднеквадратичные отклонения этих значений и максимально и минимально вероятные значения с вероятностью превышения не более 2 %.
Согласно полученным данным, можно сделать вывод, что в ходе эксплуатации стыков, сваренных алюминотермитной сваркой, происходит развитие коротких изолированных неровностей в зоне стыка. Также следует отметить, что эти неровности не являются однотипными. Среди них можно выделить три вида: горбы, синусоидальные неровности, впадины (рис. 1).
Рис. 1. Виды неровностей в зоне сварного стыка
2011/4
Proceedings of Petersburg Transport University
Современные технологии - транспорту 25
Траектории проката в зависимости от износа колес меняются не одинаково, и здесь также можно выделить три типа: прогрессирующие, то есть те, в которых с увеличением износа бандажа происходит увеличение неровности траектории проката колеса (рис. 2); регрессирующие, в которых происходит уменьшение неровностей траектории проката колеса при увеличении износа бандажа колес (рис. 3); а также те, в которых неровность проката принимает экстремальное значение при среднесетевом износе бандажа колеса (рис. 4).
Рис. 2. Прогрессирующие неровности траекторий проката
Рис. 3. Регрессирующие неровности траекторий проката
Рис. 4. Неровности траекторий проката с экстремальным значением при среднесетевом износе бандажа
ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС
2011/4
26
Современные технологии - транспорту
2 Учет величины неровности при прогнозировании одиночного выхода рельсов
В условиях развития высокоскоростного движения роль вертикальной геометрии пути в формировании сил взаимодействия системы колесо-рельс возрастает.
Прочность железнодорожного пути определяется сопротивлением деформированию и разрушению как пути в целом, так и его отдельных элементов конструкции. Оценка прочности сводится к расчету факторов, лимитирующих несущую способность конструкции. Такими факторами могут быть: значительные недопустимые деформации, разрушение элементов пути от превышения допустимой нагрузки, постепенное разрушение вследствие износа, в результате ползучести или усталости материала элементов конструкции пути, превышения максимально допустимых упругих деформаций, потери устойчивости. Наличие в зоне сварного стыка большинства этих факторов послужило основанием для определения влияния неровностей в стыках, сваренных алюминотермитной сваркой, на количество отказов рельсов в рамках данной работы.
Множество экспериментальных графиков распределений наработки рельсов до отказа содержатся в научно-технических отчетах и публикациях ВНИИЖТа, МИИТа и других организаций. Согласно работам В. С. Лысюка [1], все они аналогичны по форме и исходя из общепринятых требований (по простоте, физическому смыслу и минимуму отклонений аппроксимирующих функций от фактических или экспериментальных данных) идентифицируются уравнением
h(T, P, Г ) = ATm (P) n (i-)Y,
P0 Г
где h - отказы рельсов, шт/км;
Т - наработка, млн т брутто;
Г - грузонапряженность на участке, млн т км брутто/км в год;
Pi - максимальная нагрузка в цикле нагружения;
А, т, п, у - коэффициенты аппроксимации (положительные константы, определяемые экспериментально).
В уравнении для расчетного прогнозирования накопления одиночных отказов рельсов можно принять у = 0, так как в пределах реализуемого на железных дорогах изменения частот воздействия колесных нагрузок не выявлено влияние частоты нагружения, т. е. грузонапряженности, на накопление отказов рельсов. Поэтому формула принимает вид:
h(T,P) = ATm(P)n.
Po
2011/4
Proceedings of Petersburg Transport University
Современные технологии - транспорту
27
Исходя из этих формул можно сделать вывод о том, что существенное влияние на выход рельсов в пути оказывают динамические нагрузки.
В современном бесстыковом пути одним из наиболее подверженных образованию неровностей мест является зона сварного стыка, что может быть обусловлено неравномерностью упрочнения металла в зоне стыка из-за различной твердости металла зоны сварного стыка и остального рельса, а также наклепом металла в ходе эксплуатации стыков. Измеренный максимальный уклон неровностей в стыках, сваренных алюминотермитной сваркой, после пропуска 80 млн т брутто не превышает 5 %о, а динамическая добавка при такой величине уклона составляет 22,6 тс и 35,3 тс при скоростях движения 160 км/ч и 200 км/ч соответственно. В связи с этим фактом предлагается использовать в формуле значения Pt в зависимости от наработки тоннажа и условий эксплуатации бесстыкового пути со стыками, сваренными алюминотермитной сваркой.
В работе Б. В. Сорокина [2] был отмечен тот факт, что обычное ускорение колес при динамическом воздействии от колеса на рельс при движении по бесстыковому пути равно 6g. Исходя из этого факта предлагается в качестве динамической добавки при базовой нагрузке принять величину воздействия от колеса пассажирского вагона на рельс при данном ускорении 5,58 тс. Значение динамических сил, используемое в качестве базовой нагрузки Р0 в данных расчетах, а также при надлежащем контроле за геометрией пути в зоне сварных стыков в качестве максимальной нагрузки цикла нагружения P, тогда будет равно 13,08 тс.
С учетом того, что формула изначально была предложена для определения выхода рельсов без учета дополнительных динамических нагрузок от колеса на рельс в связи с развитием геометрических неровностей поверхности катания рельса в зоне стыков, сваренных алюминотермитной сваркой, наиболее целесообразным является введение дополнительного ко -эффициента &. Данный коэффициент предлагается определять как отношение максимальной динамической нагрузки цикла нагружения (РдИН )
(табл. 1, 2) к базовой динамической нагрузке (P^), равной 13,08 тс, что
соответствует динамическому воздействию от колеса пассажирского вагона на рельс при обычном ускорении колес, равном 6g при движении по бесстыковому пути. При этом формула примет вид:
& р
h(T,P) = ATm(P)п.
Р0
Так, при наработке тоннажа 50 млн т брутто при средней скорости развития неровности значение коэффициента & для движения грузовых вагонов со скоростью 80 км/ч составит 1,30, что при наиболее вероятном значении степени п = 1,5 приведет к увеличению прогнозного одиночного выхода рельсов в 1,48 раза.
ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС
2011/4
28 Современные технологии - транспорту
ТАБЛИЦА 1. Значение коэффициента $ при движении пассажирских вагонов
Т, млн т брутто V, км/ч
20 40 60 80 100 120 160 200
Величина коэффициента $
25 0,58 0,59 0,62 0,65 0,70 0,75 0,89 1,06
50 0,58 0,61 0,66 0,73 0,82 0,93 1,20 1,56
75 0,59 0,63 0,71 0,81 0,95 1,11 1,53 2,06
100 0,59 0,65 0,75 0,89 1,07 1,29 1,85 2,58
125 0,60 0,67 0,80 0,98 1,20 1,48 2,19 3,10
150 0,60 0,70 0,85 1,06 1,34 1,67 2,53 3,63
175 0,61 0,72 0,90 1,15 1,47 1,87 2,87 4,17
200 0,61 0,74 0,95 1,24 1,61 2,06 3,22 4,71
ТАБЛИЦА 2. Значение коэффициента $ при движении грузовых вагонов
Т, млн т брутто V, км/ч
20 40 60 80 100 120
Величина коэффициента $
25 1,15 1,17 1,19 1,22 1,27 1,32
50 1,16 1,19 1,24 1,30 1,39 1,50
75 1,16 1,21 1,28 1,39 1,52 1,68
100 1,17 1,23 1,33 1,47 1,65 1,87
125 1,17 1,25 1,37 1,55 1,78 2,06
150 1,18 1,27 1,42 1,64 1,91 2,25
175 1,18 1,29 1,47 1,72 2,05 2,44
200 1,19 1,31 1,52 1,81 2,18 2,64
Заключение
Составленная классификация неровностей в зоне стыка по их геометрическим размерам, а также по их изменению в зависимости от износа колес подвижного состава может послужить основанием для дальнейшего анализа доли каждого из видов неровностей в общей массе, их влияния на взаимодействие пути и подвижного состава и разработки дополнительных рекомендации по увеличению срока службы рельсов, сваренных алюмино-термитной сваркой.
Предложенный коэффициент динамики для учета добавок от неровностей в зоне стыков, сваренных алюминотермитной сваркой, при расчетном прогнозировании накопления одиночных отказов рельсов позволит повысить точность прогноза в научных целях. Это может послужить основанием для исследования и назначения мероприятий по повышению срока службы алюминотермитных стыков рельсов.
2011/4
Proceedings of Petersburg Transport University
Современные технологии - транспорту
29
Библиографический список
1. Управление надежностью бесстыкового пути / В. С. Лысюк, В. Т. Семенов,
B. М. Ермаков, Н. Б. Зверев, Л. В. Башкатова. - М. : Транспорт, 1999. - 373 с.
2. Важный вопрос / Б. В. Сорокин // Путь и путевое хозяйство. - 1961. - № 12. -
C. 8-9.
УДК 624.82./85(075.8)
Г. И. Богданов
Петербургский государственный университет путей сообщения
УЧЕТ ДЕФОРМАЦИЙ ПРИ ОЦЕНКЕ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ КОНСТРУКЦИЙ РАСКРЫВАЮЩИХСЯ МОСТОВ
Рассматривается влияние особенностей деформации пролетных строений раскрывающихся мостов на работу конструктивных элементов. На примере усиления крыла разводного пролетного строения раскрывающейся системы показано, что учет особенностей деформации крыла позволяет получить более эффективное усиление конструкции.
разводные мосты раскрывающейся системы, крыло разводного пролетного строения, главная балка, противовес, усиление, шпренгель, ось вращения.
Введение
Изменение пространственного положения крыльев разводных мостов раскрывающейся системы оказывает существенное влияние на напряженное состояние и характер работы конструкций пролетного строения. Это обстоятельство подчеркивается в действующем руководстве по проектированию разводных мостов, где в одном из первых пунктов говорится о необходимости обеспечения определенности работы как разводного пролетного строения в целом, так и отдельных его элементов при наведенном положении и в процессе разводки (наводки) [1].
При неправильном учете изменения особенностей работы пролетного строения на различных стадиях разводки и изменения характера работы после снятия с опорных частей и посадки на оси вращения получаемые результаты могут не соответствовать фактическому напряженному состоянию элементов крыла.
ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС
2011/4
