УДК 625.17

Касымжанова Куралай Советовна  - соискатель

Казахский университет путей сообщения

г. Алматы, Казахстан

 

  ПРОБЛЕМЫ ДЛИННЫХ РЕЛЬСОВ И БЕССТЫКОВОГО ПУТИ НА ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГАХ КАЗАХСТАНА

 

         По [1] в 1960 г.  был завершен 1-й этап исследований бесстыкового пути (БСП) и Всероссийским научно-исследовательским институтом железнодорожного транспорта (ВНИИЖТ  МПС) были сформулированы выводы о сферах широкой эксплуатационной его укладки и разработаны технические рекомендации, регламентирующие основные вопросы проектирования, укладки и эксплуатации БСП. Наряду с ВНИИЖТ МПС принимали участие в исследовании Главное управление пути и сооружений МПС СССР (ЦП МПС), МГУ ПС (МИИТ), а также Московская, Юго-Западная, Октябрьская и Донецкая железные дороги (ЖД). Были изучены два принципиально различных типа БСП: • с саморазрядкой напряжений, т.е. такой, в которой рельсовые плети (РП) обладают возможность изменять свою длину и поэтому относительно свободны от температурных напряжений; • температурно-напряженный, т.е. такой, в котором, по крайней мере, средние части РП не имеют возможности изменять длину. 

        Анализом существующих теорий и имеющегося опыта были выбраны и уточнены методы расчета БСП. Основные расчетные параметры и коэффициенты: погонные сопротивления в трех направлениях верхнего строения пути (ВСП) различных конструкций в зависимости от их эксплуатационного состояния, жесткость рельсо - шпальной решетки (РШР) в зависимости от ее конструкции, силы сопротивления перемещениям концов рельсов в стыках, годовые и суточные колебания температур рельсов и др., определены экспериментальным путем.    

        Укладка опытных участков БСП в действующий путь была начата в 1949 г. на б. Томской ЖД. Там М.С. Боченковым и работниками ЖД был уложен РП с саморазрядкой напряжений. Далее на той же ЖД, а также на б. Московско-Курско-Донбасской ЖД были уложены различные варианты конструкций этого же типа РП с саморазрядкой напряжений. Эти опыты не дали положительных результатов и были прекращены. Эксплуатационные испытания температурно-напряженного пути были начаты  ВНИИЖТом  в 1956 г. на б. Московско-Курско-Донбасской ЖД, и продолжены и распространены на указанных ранее, а также на Горьковской, Львовской, Ташкентской, Азербайджанской, Казахской и Северо-Кавказской ЖД. На опытных участках наряду с отработкой технологии укладки и содержания длинных РП изучены изменение зазоров в стыках РП, конструкции стыкования РП, «бытовые» погонные и стыковые сопротивления, температурные напряжения в рельсах, способы разрядки напряжений, плавность движения колес и т.д. Технико-экономическая эффективность БСП изучалось МГУ ПС.

        На основе 1-го этапа исследования по [1] были отработаны технические условия на укладку и эксплуатацию БСП [2] (далее ТУ) и намечены перспективы его внедрения на ЖД б. СССР, а также определены основные проблемы, возникающие в связи с широким внедрением такого пути. В результате внедрения БСП на ЖД: б. СССР и проведенных исследований до 1991 г., были изданы ТУ-1970, ТУ-1982;  позже СНГ, в т.ч. с новыми конструктивными элементами ВСП и разработанными технологиями были изданы обновленные ТУ-1992, ТУ-2000 и в Республике Казахстан (РК) ТУ-02 [3].

        БСП более: совершенный тип пути по сравнению со звеньевым и эффективный как с технической, так и с экономической стороны. Техническая эффективность ее в том, что: • уменьшаются колебания подвижного состава  (ПС) (движение делается более спокойным); • резко сокращается количество стыковых излом рельсов, что повышает безопасность движения ПС; • почти полностью ликвидируются характерные для звеньевого пути стыковые

неровности, образующиеся на звеньевом пути за счет неравномерно износа рельсов, шпал, балласта. Экономическая эффективность БСП в том, что сокращаются расходы труда и материалов на текущее содержание и ремонт пути, ремонт ходовых частей ПС, устройство и содержание рельсовых цепей; могут быть уменьшены расходы на тягу поездов вследствие уменьшения на БСП сопротивления движению.

        На различных участках с разной грузонапряженностью в зависимости от освоения всех процессов, связанных с его устройством, а главным образом от того, насколько доброкачественно уплотнен щебеночный слой до укладки РП, экономический эффект получается различным, изменяясь в широком диапазоне. Например, устройство БСП на железобетонных шпалах (ЖБШ) вызывает небольшие дополнительные затраты по сравнению со звеньевым путем на ЖБШ. Они связаны только со сваркой рельсов в РП и пересменой инвентарных рельсов. Некоторая часть дополнительных затрат окупается экономией на стыковых скреплениях и уменьшении стоимости рельсов без болтовых отверстий и закалки концов. Стоимость устройства БП на деревянных шпалах (ДШ) по сравнению со стоимостью звеньевого пути увеличивается главным образом за счет промежуточных скреплений, т.к. последний на большей части длины устраивается  на костыльном скреплении. Учитывая общеизвестные недостатки  костыльного скрепления, особенно проявляющиеся в условиях интенсивного движения, на которых укладываются рельсы типов  Р65 и Р75, необходимо считать, что замена костыльных скреплений более совершенным целесообразна не только для БСП, но и для звеньевого. Следовательно, устройство БСП на ДШ также вызывает незначительные дополнительные затраты по сравнению с устройством звеньевого пути.

         МГУ ПС сравнительным анализом эксплуатационных расходов звеньевого и БСП, для линий с грузонапряженностью 15-25 млн. ткм/км брутто в год, получены экономии на: •  оплате рабочей силы при текущем содержании (ТС); • стоимости материалов ВСП, расходуемых при ТС; • уменьшении выхода рельсов; • расходах по эксплуатации устройств автоблокировки; • расходах на тягу поездов и ремонт ходовых частей ПС в зависимости от рода тяги; • стоимости ремонта пути в связи с увеличением межремонтных сроков.

        Сроки окупаемости дополнительных первоначальных затрат при указанных условиях составили около 1,3 г., а для пути где производится сезонная разрядка температурных напряжений, - 1,5 г. Данные по срокам окупаемости это 1-го этапа исследования БП и при широком внедрении БСП они, как показала практика,  периодически обновляются.

        Основными особенностями температурно-напряженного БСП являются значительные дополнительные температурные напряжения в рельсах и стремление концевых участков РП изменять свою длину. Эти особенности обуславливают специальные требования к конструкции ВСП и к технологии производства работ по укладке, содержанию и ремонту пути. Требования к конструкции БСП после завершения 1-го этапа исследования сформулированы в [1] в следующей редакции: •  рельсы должны обладать запасом прочности при работе на изгиб и кручение для компенсации температурных напряжений в размере 122,5-147 МПа; •  РШР должна иметь достаточную жесткость для сопротивления пути выбросу при нагревании рельсов солнечными лучами; • балластная призма с той же целью должна оказывать значительное сопротивление перемещениям в ней шпал; • прикрепление рельсов к шпалам совместно со стыковым скреплением должно препятствовать изменению начального зазора в стыке РП более чем на 10-12 мм при максимальном возможном изменении температуры рельса. Прикрепление рельсов к шпалам должно также предохранять РП от угона их по шпалам и от образования значительного зазора в случае сквозного излома рельса зимой. Для этого промежуточное скрепление должно обеспечивать погонное сопротивление порядка 25 Н/мм по одной нити, а стыковое соединение – сопротивление порядка 30 и 40 кН соответственно для рельсов Р50 и Р65.

       Основными конструктивными элементами ВСП, удовлетворяющими изложенные требования в тех условиях, должны были быть по [1]: • рельсы – типа Р50 или Р65 в зависимости от грузонапряженности линии и интенсивности пассажирского движения (в основном в соответствии с приказом МПС № 38/Ц от 28/V 1958 г); •  скрепление рельсов со шпалами – раздельное по типу марки К. После отработки лучших типов и их испытания могут быть применены более совершенные промежуточные скрепления с упругими элементами; • шпалы – ЖБШ или ДШ I и II типов в количестве не менее 1840 шт/км в прямых и кривых R ≥ 1200 м и 2000 шт/км в кривых R ≤ 1200 м; • балласт – щебеночный. Плечи балластной призмы за концами шпал должны быть не менее 25 см, уклоны откосов – не круче 1: 1,5; • стыковые скрепления на концах РП и между уравнительными рельсами (УР) – шестидырные двухголовые накладки с высокопрочными болтами (предел прочности порядка 800 МПа).

       За 50 лет после завершения 1-го этапа исследования БСП основные зависимости (1-19) теории температурной работы БСП практически не изменились. Как показал краткий анализ работ и ТУ-1963, ТУ-1970, ТУ-1982, ТУ-1992, ТУ-2000, ТУ-02 изменились значения некоторых механических параметров рельсового пути и геометрических параметров рельсовой колеи и связанные с ними  особенности устройства ВСП. Во ВНИИЖТе МПС по [1] были проделаны расчеты БСП, дающие общее представление о сферах возможной укладки БСП. На базе общих расчетов, ориентированных на существующие наиболее совершенные в отношении их воздействий на путь новые типы электровозов и тепловозов при скоростях движения грузовых и пассажирских поездов соответственно 80 и 120 км/ч, укладка БСП оказалось возможной при следующих годовых колебаниях температуры рельсов, причем положительная температура рельса летом может быть на 20 оС выше температуры воздуха, а в южных районах и более того.

 

Способ эксплуатации

Годовые колебания температуры при ВСП

Рельсы типа Р65

Рельсы типа Р50

ДШ

ЖБШ

ДШ

ЖБШ

Без сезонных разрядок

100 оС

105 оС

80 оС

85 оС

С сезонными разрядками

110 оС

115 оС

90 оС

95 оС

 

       С рельсами типа Р65 БП по [1] можно было укладывать на всех ЖДб. СССР и при этом, если на них будут обращаться  наиболее совершенные локомотивы,  сезонная разрядка напряжений не потребуется.

 

Литература

      1. Бромберг Е.М. Перспективы и проблемы развития бесстыкового пути на железных дорогах СССР. В сб.: Бесстыковый путь. –М.: Трансжелдориздат, 1962. – С. 5-18. (Тр. ВНИИЖТ, вып. 244).

       2. Технические условия на укладку и содержание бесстыкового пути.  – М.: Трансжелдориздат, 1963. – 85 с.

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

       4. Мищенко К.Н. Бесстыковый рельсовый путь. – М.: Трансжелдориздат, 1950. – 142 с. 

       5. Бромберг Е.М. Экспериментальное изучение устойчивости бесстыкового пути. В сб.: Бесстыковый путь. – М.: Трансжелдориздат, 1962. – С. 129-163. (Тр. ВНИИЖТ, вып. 244).

       6. Рзаев Т.К., Закиров Р.С. Обеспечение ресурсосберегающих технологических решений

при оздоровлении верхнего строения пути при скоростном движении поездов. – Алматы.:

Бастау, 2006. – 180 с.

       7. Омаров А.Д., Закиров Р.С.и др. Новые конструктивные элементы верхнего строения пути городского рельсового и железнодорожного транспорта/Под ред. Р.С. Закирова, ч. 1. – Алматы.: Бастау, 2000. –166 с.

       8. Исаенко Э.П., Косенко С.А., Финк В.К., Ауесбаев Е.Т., Махамбетов Н К. Золотухин В.И. Модернизация упругого промежуточного рельсового скрепления ЖБР-65. В кн.: Материалы МНПК «Инновации в строительстве железнодорожных сооружений», посвященной 30-летию кафедры «Путь и путевое хозяйство». – Алматы.: КазАТК, 2007.  – С.

54-60.