Срок службы рельсов типа Р65 при обращении вагонов с осевой нагрузкой 250 кН на перевальных участках

В решениях ХХУ1 съезда КПСС «Основные направления экономического и социального развития СССР на 1981 — 1985 годы и на период до 1990 года» уделено особое внимание развитию железнодорожного транспорта в части повышения объема перевозок народнохозяйственных грузов. Одним из направлений в решении этой важной проблемы является увеличение осевых нагрузок грузовых вагонов.

В настоящее время вагонные нагрузки увеличились до 230 кН/ ось /2 /, исследуется вопрос о повышении их до 250 кН/ось.

На опытном кольце ВНИИЖТа завершены исследования работы сырых рельсов типа Р65 производства завода «Азовсталь» при воздействии четырехосных вагонов с нагрузкой 230−250 кН/ось на путь с уклонами продольного профиля до 8−9 $о при наличии прямых и кривых участков с минимальным радиусом R = 400 м / 43 /. Такая характеристика плана и профиля линии типична для большинства участков железных дорог МПС. По опытному кольцу длиной 6 км обращался только один поезд массой 9000 т. Для осмотра и ремонта пути предусматривалось ежедневное «окно» продолжительностью 9 часов. Перед началом экспериментов был произведен капитальный ремонт пути.

Повышенные нагрузки вызывают интенсивное расстройство пути, особенно в стыковой зоне. Это приводит к снижению сроков службы рельсов и к увеличению затрат труда на текущее содержание пути. Нужно отметить, что из года в год увеличивается количество рельсов в пути с просроченным сроком службы, протяженность таких участков составляет более 39 тыс. км /? /.

Для перевальных участков железных дорог, имеющих наиболее тяжелые условия работы пути и подвижного состава по сравнению со среднесетевыми, а, следовательно, и меньшие сроки службы рельсов, работа рельсов при воздействии вагонной нагрузки 250 кН/ось изучена недостаточно. Поэтому исследования долговечности рельсов для перевальных участков железных дорог при воздействии перспективной для МПС нагрузки 250 кН/ось являются важными и актуальными.

Основная цель настоящей работы — определение работоспособности рельсов на перевальных участках при обращении вагонов с осевой нагрузкой 250 кй. Учитывая, что перевальные участки железных дорог характеризуются большим количеством кривых малого радиуса, в работе поставлены следующие задачи:

1. Исследование износа рельсов и выхода их по дефектности.

2. Теоретические и экспериментальные исследования горизонтальных поперечных сил как главного фактора, определяющего срок службы рельсов в кривых малого радиуса.

3. Разработка мероприятий по увеличению срока службы рельсов в кривых.

Для решения поставленных задач был выбран опытный полигон на Северо-Западе Европейской части СССР, имеющий кривые с радиусами в диапазоне 200−1500 м и уклоны продольного профиля — до 30%о. С другой стороны, исследуемый полигон выбирался таким образом, чтобы показатели интенсивности использования пути мало отличались от среднесетевых:

— средневзвешенная скорость движения грузовых поездов на опытном полигоне — 35 км/ч, среднесетевая техническая скорость -46 км/ч, грузонапряженность на полигоне для грузового направления — 50 млн. ткм/км в год, среднесетевая грузонапряженность — 36 млн. т км/км в год.

Опытный полигон характеризуется исключительной однородностью грузового потока, что дает возможность исследовать работу пути только при воздействии вагонной нагрузки 250 ей.

Опытный полигон по своей характеристике — рельефу, климатическим условиям, плану и профилю пути, типу верхнего строения, режиму ведения поезда и эксплуатационным условиям подходит к работе Байкало-Амурской магистрали в районах перевальных участков.

Объектом исследования явились рельсы типа Р65 (объемно закаленные и сырые) производства Нижне-Тагильского металлургического завода.

Для проведения исследований были выбраны шестиосные вагоны-самосвалы 2ВС-105 с трехосными тележками УВЗ-ПА по следующим соображениям:

— они рассчитаны на нагрузку 250 кН/ось при полной грузоподъемности и оказывают большее динамическое воздействие на путь по сравнению с вагонами, оборудованными двухосными тележками ЦНИИ-ХЗ-0;

— в настоящее время имеют место отдельные случаи обращения на магистральных путях железных дорог МПС шестиосных вагонов с трехосными тележками.

Решение поставленных задач выполнялось на основе анализа проведенных теоретических и экспериментальных исследований по взаимодействию пути и подвижного состава с вагонной нагрузкой 250 кН/ось.

В работе использованы методы статистической обработки данных. Применены теоретические методы исследования боковых сил с использованием ЭВМ. Экспериментальные исследования выполнены на основе тензометрических методов определения напряженно-деформированного состояния элементов верхнего строения пути.

Автором проведено комплексное исследование износа и дефектности рельсов Скак основных факторов, определяющих срок службы рельсов) для перевальных участков железных дорог при обращении вагонов с нагрузкой 250 кй/ось.

Усовершенствована расчетная схема вписывания в кривую трехосной тележки УВЗ-11А с разъемными боковыми рамами. Рассчитаны и определены экспериментальным путем боковые силы.

Полученные результаты исследования работы пути при воздействии вагонной нагрузки 250 кН/ось дополняют исследования ВНИМЖТа, применительно к перевальным участкам железных дорог.

С целью увеличения сроков службы рельсов в кривых разработаны мероприятия по усилению мощности верхнего строения пути и улучшению его текущего содержания.

На эксплуатационном полигоне реализованы мероприятия по увеличению плеча балластной призмы, постановке удлиненных подкладок и применению круглогодичной лубрикации рельсов.

Годовой экономический эффект от внедрения указанных мероприятий составляет 2500 руб. на I км пути. 711.

Основные результаты работы были доложены на научно-технических путейских конференциях ЛИЖТа совместно с Октябрьской железной дорогой в 1979 и 1981 годах.

По теме диссертации опубликовано 4 статьи.

Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения.

I. ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗНОСА И ДЕФЕКТНОСТИ РЕЛЬСОВ ТША Р65 ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ВАГОННОЙ НАГРУЗКИ 250 кН/ось.

Исследование износа и дефектности рельсов осуществлялось с целью установления фактических сроков их службы.

Исследованием повреждаемости рельсов занимались ученые: Амелин C.B., Андреев Г. Е., Вериго М. Ф., Данилов В. Н., Золотар-ский А.Ф., Линев С. А., Мелентьев Л. П., Скаков А. И., Смирнов М. П., У скова О.Н., Шахунянц Г. М., Шур Е. А., Яковлев В. Ф. и другие. Изучение посвящалось, как правило, работе рельсов при вагонных нагрузках до 210 кН/ось.

I.I. Характеристика опытного полигона.

Опытный полигон расположен на северо-западе Европейской части СССР за Полярным кругом.

Протяженность главных путей полигона составляет 65 км, станционных путей — 80 кмколичество стрелочных переводов — 223. Главные пути по профилю характеризуются дутыми уклонами до 30 $о, а в плане — кривыми радиусов от 200 до 1500 м, цроцентное соотношение которых по протяженности достигает 40 $ (кривые радиуса 350 м и менее составляют 20 $ от общей длины).

На главных путях полигона лежат объемно закаленные и сырые рельсы типа Р65 длиной 25 м производства Нижне-Тагильского металлургического завода. Шпалы деревянные типа IA, количество шпал на I км пути в прямых — 1840, в кривых — 2000 шт. Промежуточное скрепление смешанное (костыльное) типа ДО — наиболее распространенное на сети дорог. В прямых и кривых участках рельсы в стыках закреплены четырехдырными накладками длиной 800 мм. Балласт в пути щебеночный, толщина слоя щебня под шпалой от 25 до 60 см, песчаная подушка — 20−25 см. Земляное полотно трассы опытного полигона представлено преимущественно насыпями высотой от 1,0 до 16,0 м.

Железнодорожный полигон полностью электрифицирован.

Эксплуатационная поездная работа осуществляется только электровозами БЛ22М, идущими двойной тягой, и шестиосными вагонамисамосвалами типа 2BC-I05 (думпкарами) с нагрузкой на ось 250 кН (с перегрузом до Т1%).

Думпкары 2BC-I05 оборудованы трехосными тележками типа УВЗ-IIA, расстояние между осями которых составляет 1700 мм. Вес груженого рудой поезда — 2 секции ВД22М и 25 шестиосных думпкаров (без учета перегруза) — 4000 т, порожнего — 1500 т. Движение груженых рудой поездов осуществляется в режиме длительного торможения на спуск, порожних поездов — в режиме большой тяги на подъем. На двухпутной линии реализуется раздельное движение груженых и порожних поездов, на однопутной линии — смешанное. Статическая средневзвешенная осевая нагрузка для грузового движения составляет 250, смешанного — 210 и порожнего — 107 кй. Средневзвешенная по полигону скорость движения груженых поездов равна 35, порожних -50, а на участках смешанного движения — 40 км/ч (соответственно 9,7- 13,9 и II, I м/с).

На рис. I. I представлен один из участков опытного полигона и графиковый рудовозный поезд.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ПРВДПОЖЕНИЯ.

1. На перевальных участках железных дорог воздействие на путь с рельсами типа Р65 шестиосных вагонов-самосвалов на трехосных тележках УВЗ-11А с осевой нагрузкой 250 кН при скорости движения до 50 км/ч не оказывает разрушающего воздействия на элементы верхнего строения пути.

2. Удельный износ объемно закаленных, рельсов типа Р65 производства Нижне-Тагильского металлургического завода при воздействии вагонной нагрузки 250 кН/ось в кривых радиуса 300 м, равный 1,6 ш?/ млн. т брутто груза, в 1,2 раза выше, чем при нагрузке 210 кН/ось и в 1,6 раза ниже, чем для сырых рельсов.

3. Значительный выход закаленных рельсов типа Р65 по дефектности отмечен по рисункам 14, 17 и ЗОГ. Пластическое деформирование металла по высоте рельса не превышает 3 мм несмотря на то, что осевая нагрузка опытного полигона более чем на 65 кН превосходит наибольшую из средних осевых нагрузок на дорогах МПС.

Выход закаленных рельсов по дефектности при нагрузке 250 кН/ось: в кривых радиуса 350 м — в 5,8 раза больше, чем на прямых, в 1,8 раза выше, чем для нагрузки 210 кН/ось и в 2,7 раза ниже, чем для сырых рельсов.

По дефектам контактно-усталостного происхождения из строя вышло 96 $ всех дефектных рельсов.

4. Срокслужбы объемно закаленных рельсов типа Р65 при воздействии нагрузки 250 кН/ось на путь с уклонами продольного профиля от 10 до 20 $о составил: на прямых участках пути — 325 млн. т брутто (по одиночному выходу), в кривых радиусом 600 м — 210 млн. т брутто (по боковому износу), в кривых радиусом 300 м — 110 млн. т брутто (по боковому износу).

Срок службы сырых рельсов на прямых участках снижается до.

230 млн. т брутто.

5. Рассмотрение трехосной тележки УВЗ-ПА как конструкции с разъемными боковыми рамами, а вписывания ее в кривую — как автономного движения двух двухосных тележек с установкой их в положении свободного перекоса позволило получить расчетные боковые силы, которые хорошо согласуются с распределением фактических сил и величин износа гребней колес по осям тележки.

6. При воздействии шестиосных вагонов-самосвалов в кривой радиуса 250 м при наличии углов в плане средние и максимальные боковые силы от гребней колес составили: по направляющим осям — 85 и.

III кН, по средним осям 57 и 77 кН, по третьим — 6 и 25 кН. Максимальные вертикальные силы равны: по наружной нити — 172 кН, по внутренней — 206 кН. Наибольшие кромочные напряжения составили 206 МПа, а упругие изменения ширины колеи — II мм.

7. Предложена и внедрена совокупность мероприятий по увеличению сроков службы рельсов в кривых, включающая увеличение плеча балластной призмы до 45 см, постановку шестидырных накладок и удлиненных подкладок, постановку кривых точным методом, применение круглогодичной лубрикации.

8. Внедрение предложенных мероприятий на участке эксплуатационного полигона протяженностью 20 км позволило получить годовой экономический эффект в размере 50 тыс. руб. и значительно увеличить срок службы рельсов.

9. Данные результатов исследования взаимодействия шестиосных вагонов с нагрузкой 250 кН/ось и пути на перевальных участках могут быть использованы для перспективного планирования объемов работ по текущему содержанию пути при воздействии аналогичной нагрузки.