Касымжанова Куралай Советовна - соискатель

Казахский университет путей сообщения

г. Алматы, Казахстан

О ТЕМПЕРАТУРНОЙ РАБОТЕ ДЛИННЫХ РЕЛЬСОВ В КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ КАЗАХСТАНА

Конечным результатом деятельности всех предприятий путевого хозяйства (ПХ) является выполнение требований ПТЭ: «Все элементы железнодорожного пути (земляное полотно, верхнее строение и искусственные сооружения) по прочности, устойчивости и состоянию должны обеспечивать безопасное и плавное движение поездов со скоростями, установленными на данном участке». Эти требования выполнимы только при грамотном управлении техническим состоянием пути, включающим диагностику, оценку и прогнозирование состоянием пути, планирование ремонтов и технического обслуживания (ТО), контроль за их качеством. Обеспечение эффективного управления техническим состоянием пути связано с реализацией многочисленных методологических, информационных, технических и организационных мероприятий.

Сохранение неразрывности и стабильности рельсовой колеи одно из важнейших условий обеспечения безопасности движения поездов. Главным фактором, определяющим состояние пути в зоне стыков, наряду с уровнем динамического взаимодействия пути и подвижного состава (ПС) являются температурные деформации и напряжения в рельсах. Появление в рельсах температурных сжимающих сил, превышающих допустимые значения по условию устойчивости пути, может принести к его «выбросу», а возникновение больших растягивающих сил – к разрыву стыковых болтов. Отрицательное влияние этих сил усиливается при наличии угона [1-12]. С целью обеспечения нормальной работы пути и безопасности движения поездов на основе теории температурной работы рельсов установлены нормы и допуски ТО стыковых зазоров.

В ПХ до 1995 г. действовала система установки и ТО стыковых зазоров, предусматривающая деление всей сети ЖД на три климатические зоны, границы которых четко не были определены [127]. Деление было предложено, когда эксплуатировались рельсы длиной 12,5 м. Конструктивный зазор для такой длины рельсов с запасом обеспечивал компенсацию температурных деформаций рельсов практически для всех климатических зон. С переходом на рельсы длиной 25 м ситуация резко осложнилась. Изменение зазора с конструктивного значения 21 и 23 мм до нулевого происходит при изменении температуры рельсов соответственно на 71 ^оС и 78 ^оС. С учетом допуска на отклонение величины стыкового зазора от его расчетной величины при техническом обслуживании допускаемая максимальная амплитуда изменения температуры рельса становится еще меньше. Возможное же годовое изменение температуры рельсов повсеместно в Казахстане превышают указанные значения и достигают 88 ^оС и более. Поэтому при эксплуатации рельсов длиной 25 м в них возникают значительные температурные силы, пропорциональные несостоявшимся температурным деформациям, они летом могут привести к «выбросу» пути, а зимой к срезу болтов и разрыву стыков.

Существующая методика расчета работы рельсов длиной 25 м основана на предположении независимой работы каждого рельса в отдельности [1-12]. Оно по [12] оправдано при значительном погонном сопротивлении рельсов (ПСР) перемещению их вдоль оси пути, т.е. когда ПСР перемещению рельса вдоль его оси превышает стыковое сопротивление (СС), например, при раздельном скреплении типа КБ или КД. В табл. 1 приведены расчетные значения ПСР, зависящие от защемления подошвы рельсов промежуточным скреплением и от сопротивляемости шпал смещению в балласте, а в табл. 2 расчетные значения СС, возникающих за счет трения между рельсами и накладками.

При костыльном скреплении ПСР незначительно и температурная работа конкретного

рельса находится в зависимости от состояния стыковых зазоров (СЗ) и СС на соседних

звеньях, поэтому принятая зависимость между изменением величины СЗ Δλ и величиной изменения температуры рельса Δt для конкретного СЗ на практике часто не наблюдается:

Δλ = αlΔt, (1)

где α - коэффициент линейного расширения рельсовой стали; l - длина рельса.

Таблица 1

Расчетные значения ПСР, зависящие от защемления подошвы рельсов промежуточным скреплением и от сопротивляемости шпал смещению в балласте

Тип скреплений, шпал и балласта	Расчетное ПСР, Н		Перепад температуры ^оС, необходимый для преодоления ПСР
	зимой	летом	зимой	Летом
Костыльное при всех видах балласта	25	15	1,5	1,0
Раздельное по типу КБ с резиновыми прокладками, железобетонными шпалами (ЖБШ), на щебеночном и асбестовом балластах	250	70	15	4
Бесподкладочное типа ЖБ с ЖБШ на щебеночном и асбестовом балластах	200	70	15	4

Таблица 2

Расчетные значения СС, возникающих за счет трения между рельсами и накладками

Тип рельсов	Количество болтов в стыке	Расчетное СС, кН	Перепад температуры ^оС, необходимый для преодоления СС
Р50	6	120	8
Р65	6/4	160/100	8/5
Р75	6/4	1600/100	7/4

В реальных условиях СЗ изменяются неравномерно. В первую очередь изменяются СЗ в стыках, имеющих наименьше СС. При этом в процессе изменения СЗ участвуют не только примыкающие к этому стыку рельсы, но и соседние, поэтому изменение СЗ в стыках с меньшим по сравнению с соседними стыками СС идет интенсивнее, чем по зависимости (1). В стыках с наибольшим СС наблюдается обратный эффект. Из-за этого идеально установленная система одинаковых СЗ быстро расстраивается и СЗ после некоторого периода эксплуатации принимают различные значения по длине пути. Следовательно, контроль за величиной отдельно взятого СЗ практически не реален. Более оправдан контроль за суммой СЗ на определенной длине пути. Но здесь необходимо иметь в виду, что СЗ этого участка пути может иметь самые различные значения и сочетания. В самом неблагоприятном сочетании СЗ на этом участке эпюра продольных сил может иметь вид треугольника. Крутизна линий, ограничивающих эту эпюру, определяется ПСР вдоль оси пути, а величина превышения максимального значения эпюры продольных сил над ее средним значением, которая называется дополнительной силой, равна [1-12]:

N_д = 0,5nlr₁r₂/(r₁ + r₂), (2)

где nl – длина участка, состоящего из n рельсов длиной l; r₁ и r₂ – ПСР движению рельсов соответственно в прямом и обратном направлениях.

Литература

1. Боченков М.С. Условия применения рельсов длиной 25 м. – Новосибирск.: НИИЖТ, 1973. – С. 51-57. (Тр. НИИЖТ, вып. 148).

2. Боченков М.С. К определению терминов «длинные» и «нормальные» рельсы. В кн.: Железнодорожный путь на грузонапряженных участках. – Новосибирск.: НИИЖТ, 1975. – С. 10—12. (Тр. НИИЖТ, вып. 163/11).

3. Боченков М.С. Расчет и содержание длинных рельсов. В сб.: Бесстыковый путь и

длинные рельсы в условиях Сибири. – Новосибирск.: НИИЖТ, 1979. – С. 3-29. (Тр. НИИЖТ,

вып. 198/11).

4. Матвецов В.И. Практические рекомендации по укладке и содержанию 25-метровых рельсов. – Гомель. БелИИЖТ, 1988. – 41 с.

5. Бесстыковый путь/Под общ. Ред. В.Г. Альбрехта, Е.Н. Бромберга. – М.: Транспорт, 1982. – 205 с.

6. Новакович В.И. Бесстыковый железнодорожный путь с рельсовыми плетями неограниченной длины. – Львов.: Высшая школа, 1984. – 98 с.

7. Бромберг Е.М. Условия работы рельсов и выбор их длины для БАМ. В кн.: Повышение эффективности бесстыкового пути. – М.: ВНИИЖТ, 1983. – С. 43-63.

8. Матвецов В.И. О влиянии стыкового сопротивления на температурную работу пути. В

сб.: Исследование взаимодействия пути и подвижного состава. – Днепропетровск. ДИИТ, 1979. – С. 88 – 91. (Труды ДИИТ, вып. 204/21).

9. Матвецов В.И. Величина зазоров и температура рельса//Путь и путевое хозяйство, 1976. - № 7. – С. 30 - 31.

10. Технические указания по устройству, укладке и содержанию бесстыкового пути. ЦП/17-02. Утвержден ЦЗ 23.12.02. – Астана.: Магистраль, 2002. – 68 с.

11. Инструкция по текущему содержанию железнодорожного пути. ЦП-774/203-04. Утвержден ЦЗ 06.02.03. – Астана.: Полиграфиздат, 2005. – 215 с.

12. Управление техническим состоянием пути. Карпущенко Н.И., Грищенко В.А., Щепотин Г.К., Николаенко А.А., Осипов В.Г., Юрченко Г.А. – Новосибирск.: СГА ПС, 1995.

– 205 с.