Инженер В.В.Королев

РОАТ МИИТ-ОАО «ВНИИЖТ»

«Оптимизированный контррельс

для стрелочных переводов нового поколения»

Контррельсы, изготовленные из прокатных спецпрофилей, являются неотъемлемой частью крестовинных узлов большинства современных конструкций стрелочных переводов.

Существующие в настоящее время контррельсы из прокатных спецпрофилей не полностью соответствуют современным требованиям. Целесообразно изменить геометрию спецпрофиля, уменьшив металлоемкость и более рационально распределив металл по сечению, учитывая при этом опыт работы по созданию контррельсов, не связанных с ходовым рельсом.

Результаты испытаний показывают, что контррельсовый спецпрофиль СП-850 обеспечивает необходимую усталостную прочность контррельсов.

Основными недостатками крестовинного узла с контррельсом из спецпрофиля СП-850 являются: избыточная металлоемкость, жесткость и избыточный запас прочности, в следствие чего большая интенсивность износа.

Для ликвидации этих недостатков необходима отработка геометрических размеров спецпрофиля, которую целесообразно провести с использованием методов математического моделирования.

Разработанная на основе метода конечных элементов математическая модель позволяет производить моделирование новых конструкций контррельсов и оптимизацию существующих. 

Наибольшие напряжения для спецпрофиля СП-850 достигают максимальной величины в 265 МПа, что ниже значений допускаемых напряжений в контррельсе с учетом условий его работы, а именно 330 МПа. Это говорит о том, что спецпрофиль СП-850 по условиям прочности выдерживает большие нагрузки и избыточно металлоемок.

При динамико-прочностных испытаниях были отмечены самые большие значения в средней части контррельса. Здесь максимальные наблюдавшиеся значения напряжений, полученные в испытаниях, составили 230 МПа. В отогнутой части контррельса наибольшие напряжения не превышали 165 МПа. Однако результаты испытаний показали, что при неблагоприятных условиях (уширение колеи, сужение желобов) максимальные вероятные значения напряжений могут составить 270-280 МПа.

Сравнивая полученные результаты, можно сделать вывод: полученные величины близки по значениям.

Поэтому может быть поставлена задача проектирования рационального сечения контррельсового спецпрофиля за счет удаления металла из его слабо нагруженных мест. Такая задача может быть решена методом последовательных приближений, путем вариантных расчетов.

Ограничениями служат граничные условия и размеры, определяющие положение контррельса в колее крестовинного узла.

То есть регламентируется положение верха контррельса относительно рельса крестовины, его боковой рабочей грани и перемещения относительно осей x, y, z в местах прикрепления к опорам.

(5.24)

где S - целевая функция оптимизации;

S и Si – означают соответственно оптимизированную и i-ую площади сечения контррельса;

компоненты вектора X – оптимизируемые параметры - представляют собой набор геометрических размеров сечения контррельса;

l_iСП-850 и l_ik - соответственно размер сечения спецпрофиля СП-850 и вариантного на одинаковом уровне;

h_СП-850 и h_k - положение верха головки спецпрофиля СП-850 и вариантного контррельса;

e_СП-850 и e_k - соответственно размеры, определяющие положение боковой рабочей грани контррельсовых спецпрофилей СП-850 и варіантного;

– горизонтальные перемещения контррельса в местах расположения опор.

В результате моделирования был получен оптимизированный вариант контррельсового спецпрофиля (Рисунок 1) (Патентное свидетельство на полезную модель №108760 «Уголок контррельсовый»).

Профиль «Оптимизированный уголок контррельсовый» Материал Сталь 50ХГ ГОСТ 14959 Gt=1100 Мпа, Gb=1300 Мпа, I=7% lx-x= 1643416.86 mm*4; ly-y= 1518594.74 mm*4 Wx-x=29129,1 mm*3; Wy-y=38293,7 mm*3 F=2967.062251 mm*2 m=23,14 кг/м

Рисунок 1 - Сечение окончательного варианта оптимизированного «Уголка контррельсового»

Полученный оптимизированный контррельсовый спецпрофиль позволяет увеличить срок службы контррельсов за счет уменьшения своей жесткости, что позволит уменьшить затраты на содержание стрелочных переводов. За счет улучшенной геометрии контррельса уменьшить расход металла при его изготовлении примерно на 22%, что позволит уменьшить расходы на его изготовление.