САРЖАНОВ Т.С., САМЫРАТОВ С.Т., ШАТКОВСКИЙ М.Л.

                                                                                       

Казахский университет путей сообщения

 

 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ И КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ  ПРОМЕЖУТОЧНЫХ РЕЛЬСОВЫХ СКРЕПЛЕНИЙ

 

В мировой практике железных дорог бесстыковой путь стал наиболее прогрессивной и широко распространенной конструкцией верхнего строения пути, который эксплуатируется в различных эксплуатационных и климатических условиях и дает существенный технико-экономический эффект. Успешная эксплуатация бесстыкового пути и расходы на его содержание во многом зависят от типов промежуточных рельсовых скреплений, которые  в существенной степени определяют параметры геометрии и про­странственной жесткости рельсовой колеи, а стало быть, условия взаимодействия пути и подвижного состава [1].

К этому элементу пути предъявляется много требований. Выделим ключевые, от которых зависит выбор той или иной конструкции.

Первое. Важнейший показатель, влияющий на взаимодействие пути и подвижного состава, динами­ческие силы, вибрации и т.д. - это жесткость рель­совой колеи. Очевидно, что ее оптимальный уровень, в первую очередь в вертикальном и поперечном направлениях, зависит от условий эксплуатации, кото­рые в первом приближении можно ранжировать так:

- участки высокоскоростного или преимуществен­но скоростного пассажирского, а также пригородно­го движения. Они характеризуются невысокими осевыми нагрузками, высокочастотным воздействи­ем подвижного состава, как правило, необходимос­тью защиты от вибрации и шума;

- участки смешанного движения с высокими осе­выми нагрузками и относительно небольшими ско­ростями;

- регионы с суровым и жарким климатом.

Действующие «Технические требования на про­межуточные скрепления», утвержденные в 1986 г., не предусматривают какой-либо дифференциации по жесткости. Нет ее и в «Технических условиях на изготовление прокладок-амортизаторов». В то же время в зарубежных нормативах, например, стандар­те железных дорог Германии BN 918235 «Упругие прокладки и подкладки» статическая и динамичес­кая жесткости, причем как для низких, так и для средних, а также высоких частот, являются главны­ми показателями.

Второе. Промежуточные рельсовые скрепления нельзя рассматривать в отрыве от пути в целом. Их свойства и параметры наиболее управляемые из элементов верхнего строения. Важнейшее обстоя­тельство, влияющие на конструкцию скрепления, - качество и стабильность подшпального основания. В большинстве наиболее развитых стран не предус­матривается возможность выправки пути по уров­ню укладкой регулировочных прокладок. Благодаря здоровому земляному полотну, прочному и чистому балласту, прямолинейным рельсам, а также колесам без ползунов и наваров геометрия рельсовой колеи расстраивается медленно, и ее выправка осуществ­ляется в плановом порядке подбивкой балласта вы­сокопроизводительными комплексами. Это позволя­ет применять малодетальные, а значит, и высокона­дежные скрепления.

Поэтому при выборе видов скреплений необхо­димо ответить на вопрос: будет ли обеспечено высокое качество материалов верхнего строения пути, а также усиленного капитального ремонта, т.е. на­дежное подрельсовое основание хотя бы на первом этапе для отдельных направлений? Если будет, то тогда на этих направлениях следует переходить к нерегулируемым, малодетальным, высоконадежным, необслуживаемым скреплениям.

Если техническая политика путевого хозяйства такова, что создание стабильного подшпального ос­нования откладывается, то нужно применять регу­лируемые и более затратные скрепления.

Поэтому при выборе конструкции необходимо решить, какой она должна быть - регулируемой или нет.

Третье требование - дифференциация конст­рукции скрепления в зависимости от плана пути - для прямых и кривых участков (ориентировочно при радиусах менее 600-800 м). И вот почему. От­ношение вертикальных и боковых сил, передающих­ся от подвижного состава на рельсы, на прямых со­ставляет около 5:1, а в кривых по наружной нити оно может быть 1:1 и даже 0,7:1, то есть разница в 5-7 раз и более. Очевидно, что скрепления, оптими­зированные по критерию «надежность-цена», дол­жны быть разными для таких неодинаковых усло­вий работы.

Кроме того, для кривых малых радиусов может оказаться эффективной конструкция, позволяющая регулировать ширину колеи для компенсации боко­вого износа рельсов.

Использовать единую конструкцию во всех ус­ловиях эксплуатации невыгодно. В более легких бу­дет необоснованно «оплачиваться» чрезмерный ко­эффициент надежности, а в сложных надежность будет недостаточной. При этом перечисленные условия, как правило «пересекаются», формируя до­полнительные требования, например, для кривых малых радиусов в регионах с суровым климатом [2].

Четвертое. Общее для всех условий эксплуатации требование сегодняшнего дня - малообслуживаемость, т.е. отсутствие резьбовых соединений (в скреплении КБ на 1 км — до 16 тыс. болтов, кото­рые нужно один-два раза в год смазывать и подтя­гивать). Также крайне важно применять материалы, стабилизирующие служебные характеристики дета­лей скрепления в течение всего жизненного цикла. Докт. техн. наук Ермаков В.М. (Россия) во второй половине 90-х годов про­шлого века проанализировал стоимость жизненного цикла верхнего строения пути нескольких конст­рукций, а также его элементов в различных услови­ях эксплуатации. Оказалось, что общая сумма затрат, связанных с рельсами, за период между двумя капи­тальными ремонтами пути возрастает по сравнению с их первоначальной стоимостью в 1,07 раза, а свя­занных со скреплениям типа КБ - в 1,57 раза. По­этому при сопоставлении скреплений оценивать их только по первоначальной цене недостаточно. Необходимо сравнивать затраты за весь срок службы.

Мировой опыт, в том числе тяжеловесного и вы­сокоскоростного движения, свидетельствует, что эф­фективные практически необслуживаемые скрепле­ния должны иметь упругую клемму, как правило, торсионного типа. В качестве крепежного элемента нужно использовать анкеры, замоноличенные в шпалу, или шурупы, вворачиваемые в замоноличенный полимерный дюбель.

Пятое. Периодически поднимается вопрос о том, можно ли использовать бесподкладочные скрепления на железобетонных шпалах? Если да, а прочность бетона позволяет, то тогда зачем тратить средства на подкладку весом бо­лее 7 кг и нашпальную прокладку, которые суще­ственно увеличивают стоимость скрепления? По мнению ряда специалистов ВНИИЖТа, подкладоч­ные скрепления должны лучше работать в кривых участках благодаря увеличению доли сил трения узла в противодействии значительным боковым силам. Однако сегодня у нас нет эффективного подкладоч­ного скрепления для кривых малого радиуса. На Эк­спериментальном кольце ВНИИЖТа испытываются скрепления ЖБР, АРС, КБ, а также Ski-14 «Vossloh» в кривой радиусом 400 м при воздействии грузовых поездов с осевыми нагрузками 25-27 тс при скорос­тях 70 км/ч. Испытания свидетельствуют о том, что надежной конструкции для таких условий эксплуа­тации нет. В то же время в кривых радиусом 250 м высокона­дежным зарекомендовало себя бесподкладочное шурупно-дюбельное скрепление ЖБР-65Ш [2]. На прямых участках Экспериментального кольца скрепления ЖБР, АРС, КБ свои основные функции выполняют.

Проанализируем, насколько сегодняшние оте­чественные скрепления  соответствуют  изложенным требованиям, и сопоставим их с зарубежными. Отметим общее для всех наших кон­струкций отличие - они все разрабатывались под выправку «на карточки». Кроме того, общее для всех конструкций, в том числе и зарубежных - возмож­ность изменения вертикальной жесткости укладкой прокладок-амортизаторов.

Базовое отечественное скрепление типа КБ, при­меняющееся с конца 50-х годов прошлого столетия, не в полной мере соответствует представленным требованиям. Оно имеет жесткие клеммы и четыре болтовых соединения на узел (восемь - на шпалу), которые надо ежегодно смазывать и подтягивать. Очень металлоемко, много детально. В кривых - не­надежно.

Шурупно-дюбельное ЖБР-65Ш - некий аналог скрепления Skl-8 «Vossloh» 60-х годов прошлого века. Малообслуживаемое. Имеется положительный опыт применения в кривых малых радиусов. Чрез­мерный расход стали, в том числе пружинной. На изготовление практически плоской клеммы рычаж­ного типа (не торсионная) необходимо вдвое боль­ше металла при сопоставимом усилии прижатия и меньшем (это хуже) упругом ходе, чем у шурупно-дюбельного Ski-14 «Vossloh».

Анкерное АРС-4. Малообслуживаемое. Нуждает­ся в оптимизации параметров пространственной жесткости. Чрезмерный расход металла. Клемма не­эффективна так же, как в ЖБР. В кривых - нена­дежно.

КНУ разработки СГУПСа - компиляция КБ и ЖБР. В шурупно-дюбельном исполнении можно от­нести к малообслуживаемым. Неплохо служит на прямых участках, но там и другие скрепления рабо­тают не хуже. Чрезмерно металлоемко. Использова­ние подкладки необоснованно. В кривых - нена­дежно.

Таким образом, как следует из краткого анализа, проблема внедрения эффектив­ных, современных скреплений для железобетонных шпал - одна из актуальнейших для путевого хо­зяйства. Целесообразно принять следующий поря­док ее решения.

1.  Разработать программу и календарный план создания при капитальных ремонтах пути стабильного подшпального основания, которое  позволит применять малодетальные скрепления без регулировки по уровню. Это удешевит скрепления на стадии закупки и замедлит их расстройства.

2.  Разработать на основе отечественного и зарубежного опыта дифференцированные технические требования к скреплениям для различных условий эксплуатации (регулировка по уровню и без нее, поездные нагрузки, план и профиль линии, климатические условия и др.). Отдельно следует выделить требование по демпфированию вибраций, которого до настоящего времени нет в нормативных документах на скрепления и их элементы.

3.  Провести конкурс отечественных и зарубежных производителей с закладкой опытных участков большой протяженности на сети дорог и сертификационными испытаниями.

4.  Одновременно выполнить мониторинг эксплуатационных показателей имеющихся и новых скреплений с целью определить стоимость жизненного цикла.

 

Литература

 

1.      Мусаев С.К. Совершенствование системы ведения путевого хозяйства и новые конструкции пути. – Алматы, 1997. – 200 с.

2.      Ермаков В.М. О промежуточных рельсовых скреплениях // Путь и путевое хозяйство, 2007. - № 1. – С. 5-6.