Тулендиев Т.Т. – к.т.н., Баймаханов А.Е.

Республика Казахстан, г Алматы

ОТКАЗЫ СТРЕЛОЧНЫХ ПЕРЕВОДОВ И ЭЛЕМЕНТОВ СТРЕЛКИ

Замена стрелочных переводов в эксплуатации производится по различным причинам.

Наиболее распространенной причиной изъятия стрелочных переводов из пути является отказ их основных элементов по износу или дефектам, не позволяющий обеспечить условия эксплуатации для данного участка пути, или нарушающий условия безопасного движения поездов по стрелочному переводу.

Стрелочные переводы из пути изымаются в случае, если отказ получили несколько основных элементов (стрелка, крестовина, рельсы соединительных путей), или их состояние близко к наступлению отказа. При отказе одного из элементов производится его замена (крестовины, остряка и др.).

Другой причиной замены стрелочных переводов в эксплуатации является изъятие из-за общего расстройства всей конструкции. В этих случаях основные элементы стрелочного перевода не достигли предельного состояния по износу или дефектам, однако, износ и дефекты в их сопряжениях, соединениях, элементах скреплений и состояние подрельсового основания не обеспечивают стабильную эксплуатацию стрелочного перевода и требуют повышенных затрат на его содержание и контроль за техническим состоянием.

В анализе не учитываются стрелочные переводы, изымаемые из пути при капитальном ремонте, усилении или реконструкции пути, когда выполняется сплошная замена верхнего строения.

Анализировались отказы элементов типовых стрелочных переводов типа Р65 марок 1/11 и 1/9. Объем выборки составил: крестовины с литыми сердечниками - 2588 шт.; остряки - 1431 шт.; рамные рельсы -1311 шт.; рельсы соединительных путей - 515 шт.; контррельсы - 167 шт.

Интервалы группировки элементов по наработке приняты для крестовин At = 20 млн.т бр., для остальных элементов At = 50 млн.т бр. с учетом различия в сроке службы и для получения достоверных данных по их отказам.

При анализе определялся выход элементов в зависимости от наработки пропупденного тоннажа

F(t) = Nb/N

где: Nb - количество вышедших элементов в данном интервале;

N - общее количество анализируемых элементов. В каждом интервале наработки определялись вероятность безотказной работы элемента R(t)

R(t) = 1 - F(t)

и интенсивность отказов анализируемого элемента L(t)

L(t)=(R(t) -R(t +Δt))/(R(t· Δt))

Интенсивность отказов характеризует в каждый данный момент наработки t выход элементов оставшихся в эксплуатации к этому моменту на ближайший расчетный период At. Это позволяет планировать их замену и периодичность обслуживания.

Зависимость изъятия стрелочных переводов без учета замены их отдельных элементов, построенная на основе среднесетевых данных представлена на рис. 1.

Рисунок 1. Изъятие из главных путей стрелочных переводов типа Р65 марок 1/11 и 1/9 с остряками поворотного типа в зависимости от наработки.

Из графика видно, что на момент достижения нормативной наработки 320 млн. т брутто из пути по износу и дефектам основных элементов изымается 43,5 процента стрелочных переводов типа Р65 типовой конструкции. Это объясняется тем, что часть стрелочных переводов изымается из пути до достижения нормативной наработки при капитальном ремонте с последующей их укладкой в менее деятельные пути. Большая часть стрелочных переводов продолжает эксплуатироваться за пределами нормативного срока службы, что, в основном, связано с ограниченностью ресурсов на их своевременную

замену.

Изъятие из пути стрелочных переводов в значительном числе случаев определяется отказами элементов стрелки.

Основными причинами изъятия из эксплуатации стрелок являются отказы остряков и рамных рельсов. На рис. 2 приведены результаты обработки данных железных дорог по выходу, вероятности отказов и интенсивности отказов остряков и рамных рельсов типовых стрелок типа Р65 марки 1/11 в зависимости от пропущенного по ним тоннажа.

Из сопоставления результатов следует, что средняя наработка остряков и рамных рельсов составляет соответственно 157,6 и 185,2 млн. тонн брутто пропущенного груза. Эти данные хорошо согласуются с фактической потребностью железных дорог в ремкомплектах стрелок (остряк в сборе с рамным рельсом), которая соответствует годовой замене стрелочных переводов, т.е. при нормативной наработке стрелочного перевода 320 млн. тонн брутто в период его срока службы в среднем требуется замена одного остряка с рамным рельсом.

На первом этапе эксплуатации вероятность безотказной работы рамных рельсов выше, чем остряков. Так, например, после пропуска 100 млн. тонн брутто вероятность безотказной работы остряков составляет 0,66, а рамных рельсов 0,72. Это свидетельствует о том, что на стрелках с интенсивным движением по боковому направлению и, соответственно интенсивным боковым износом остряков, в ряде случаев остряки заменяются отдельно, без одновременной замены прямых рамных рельсов. При дальнейшей наработке тоннажа вероятности безотказной работы остряков и рамных рельсов сближаются и после 300 млн. тонн брутто практически равны и изменяются по одной кривой графика.

Интенсивность отказов остряков и рамных рельсов в период всего их срока службы остается практически постоянной и находится на уровне 3,5-4,0·10^-3/млн. тонн брутто. Это положение можно объяснить различным характером выхода остряков и рамных рельсов при их эксплуатации в стрелочных переводов с различным соотношением интенсивности движения по прямому и боковому направлениям.

В анализе (рис.2) взят весь массив остряков и рамных рельсов в среднесетевых условиях эксплуатации стрелочных переводов. Для конкретных условий эксплуатации характер выхода остряков и рамных рельсов и развития в них дефектов могут значительно отличаться от средних показателей.

Основной причиной выхода остряков и рамных рельсов на ранней стадии эксплуатации, т.е. до достижения среднесетевой наработки, является их боковой износ и выкрашивание остряков в тонких сечениях - дефекты ДО.11.2, ДО. 14.2. Наиболее характерен выход элементов по боковому износу и выкрашиваниям для стрелочных переводов с преимущественным движением подвижного состава по боковому направлению и стрелочных переводов эксплуатирующихся в кривых участках пути. Этими дефектами, как правило, поражаются криволинейные остряки и прямые рамные рельсы в зоне переднего вылета.

А) Отказы остряков и рамныхрельсов типа Р65 F(t)

Б) Вероятность безотказной работы R(t)

В) Интенсивность отказов L(t)

1-остряки; 2-рамные рельсы.

Рисунок 2. Анализ остряков и рамных рельсов в среднесетевых условиях эксплуатации стрелочных переводов.

Выход остряков и рамных рельсов по боковому износу и связанным с ним дефектам на сети железных дорог Казахстана по данным, представленным в 2009 году, составляет до 50% от общего их изъятия по дефектам. Поэтому, проблема снижения бокового износа стрелок имеет первостепенное значение и ее решение является одной из наиболее важных задач в повышении надежности стрелочных переводов.

Основными направлениями в решении проблемы бокового износа стрелок являются совершенствование геометрических характеристик бокового направления стрелочных переводов, профилей остряков в зоне перекатывания, а также повышение качества металла элементов.

Выход остряков по другим видам дефектов происходит на более поздней стадии эксплуатации. Анализ выхода по этим дефектам выполнен на основе обобщения данных ВНИИЖТ и путеобследовательских станций АО «НК «КТЖ» по изъятию из пути 263 остряков. Данные по распределению дефектов в изъятых остряках приведены на диаграмме рис. 3.

Наибольшее число остряков (41,2%) изымается из пути по дефектам контактно-усталостного происхождения II группы классификации. Из них около 6% выходит по характерному для стрелочных переводов дефекту ДО.20.2 - трещины и изломы в головке в зоне выпрессовки, остальные по общему для рельсов дефекту 21.2.

По дефектам I группы классификации (выкрашивания и выколы металла поверхности катания) вышло 24,5% остряков. При этом дефекты характерные для стрелочных переводов ДО.1 1.2 и ДО. 14.2 составили около 10%.

Дефекты IV группы составили 23%, в том числе характерные для стрелочных переводов дефекты ДО.41.2 и ДО.42.2 представляющие седловины на головке в зоне выпрессовки и в сечении 50 мм 5,4%о.

8,8%) остряков вышли по общим с рельсами дефектам III группы (выколы металла из-за дефектов металлургического происхождения).

Дефекты V группы (дефекты в шейке выпрессованной части), составившие 0,8%), можно отнести к особенностям конструкции поворотных остряков, это увеличенный диаметр стыкового отверстия для установки распорной втулки вкладыше-накладочного крепления остряков и увеличенные динамические воздействия в этих стыках.

1,6 процента остряков изъяты из пути из-за деформации остряков и как следствие неприлегания к подушкам и рамным рельсам (дефект ДО.80).

Причины образования дефектов в остряках можно разделить на три группы: определяющиеся влиянием конструкции и характера движения по стрелочным переводам; зависящие от качества материалов и изготовления; развивающиеся из-за недостатков содержания.

Всего по дефектам, на образование которых влияет конструкция стрелочных переводов, согласно анализу из пути изымается не менее 23% остряков. Это объясняется повышенными динамическим воздействиями в зоне стрелки и необходимостью дальнейшей оптимизации параметров остряков и рамных рельсов и требований к их изготовлению.

В настоящем разделе рассматриваются отказы наиболее распространенных на сети железных дорог крестовин с литым сердечником типа единой отливки с наиболее изнашиваемой частью усовиков. Доля, которых в общей массе составляет более 95%.

Примечание: на диаграмме не указаны остряки, получившие отказ по износу

Рисунок 3. Диаграмма распределения отказов остряков типа Р65 в главных и приемо-отправочных путях по группам дефектов

Литература

1. Радыгин Ю.Н., Ткаченко В.Н. Новый стрелочный перевод // Путь и путевое хозяйство. 1994. № 5. С. 17-18.

2. Абросимов В.И., Трофимов А.Н. Износ сердечников и усовиков // Путь и путевое хозяйство. 1982 №1. С. 14.

3. Красиков К.И., Беловодский В.Б., Титаренко М.И., Виницкий А.А., Штремель М.А. Зернограничное разрушение как фактор износа сердечников крестовин из стали 110Г13Л // Вестник ВНИИЖТ. 1985 №1. С. 50-52.

4. Бижигитова Р.Н., Баймаханов А. Е. Распознавания на дефектограмме стрелочного перевода проекта 2750. // Журнал «Промышленный транспорт Казахстана», 2009 г, №1 (20) , с.84-86, г Алматы, КУПС.