Экспериментальные исследования работы клемм ОП-511 на анкерных участках пути

Содержание

Цикл статей:

Глава 1 — Подготовка железнодорожного пути к скоростному пассажирскому движению на Горьковской железной дороге
Глава 2 — Моделирование взаимодействия пути и подвижного состава при скоростном движении пассажирских поездов
Глава 3 — Оценка влияния сварки стыков в стрелочных переводах на взаимодействие пути и подвижного состава
Глава 4 — Экспериментальные исследования работы клемм ОП-511 на анкерных участках пути

Анализ результатов наблюдений за работой анкерных участков бесстыкового пути

Нормативами ЦП МПС не определена технология и конструкция соединения конца бесстыковой плети со стрелочным переводом. На сети железных дорог МПС Российской Федерации испытываются разные технические решения, характеристики которых приведены в таблице 10.

Как видно из анализа данных таблицы 10, наибольший ресурс при наименьших эксплуатационных расходах обеспечивает соединение с устройством анкерных участков. На Октябрьской железной дороге на линии Москва-Санкт-Петербург проходит эксплуатационную проверку соединение с использованием уравнительных приборов СП-848, разработанных ВНИИЖТ (рис.95).

Горьковской железной дорогой в 2000г. было предложено устройство анкерных участков для соединения бесстыковой плети со стрелочным переводом. При обсуждении этого предложения сотрудниками ВНИИЖТ было высказано мнение, что одно только использование упругих клемм (БПУ, ОП511) для усиленного прижатия рельсов к железобетонным шпалам (усилием не менее 2.5-3.0тс) не уменьшит в годовом цикле перемещения конца плети до 10-15 мм, как это следовало из расчетов на моделях.

Для эксплуатационной проверки результатов расчетов перемещений конца плети по инициативе и с участием автора, по разрешению ЦП МПС в 2000г. были заложены опытные анкерные участки с двух сторон бесстыковой плети длиной 840пог.м, уложенной при выполнении капитального ремонта первого главного пути км476-477 (станция Тарасиха ПЧ-5 Горьковской железной дороги).

Рельсовая бесстыковая плеть, уложена при капитальном ремонте рельсами Р65 производства НТМК на железобетонных шпалах типа Ш1 и промежуточным рельсовым скреплением КБ-65 на слое гранитного щебня под шпалой толщиной 40см. По концам плети на протяжении 50м были устроены анкерные участки заменой жесткой П-образной клеммы упругими клеммами ОП511, прижимавшими рельс к шпале усилием 2.5-3.Отс. На анкерных участках балластная призма имела проектное очертание, недостатка балласта не зафиксировано.

Схема опытного участка на станции Тарасиха приведена на рис.96. По концам бесстыковых плетей организованы створы для фиксации перемещений концов плети. Плеть уложена при температуре рельсов 25°С в августе 2000г.

Наблюдения велись за величинами изменения зазоров в прилегающих к плети стрелочных переводах и зазоров между плетью и рамными рельсами, сравнивались с расчетными величинами. По мере наработки тоннажа выполнялась нивелировка по головке рельса анкерных участков в относительных отметках для оценки осадки пути.

Анализ полученных данных свидетельствует, что стрелочные переводы не перемещались, а бесстыковая плеть, по которой было пропущено около 80млн.т.брутто дала вертикальную осадку и сместилась вперед по направлению движения поездов на 7-8мм. Из-за этого первый зазор между началом плети и рамным рельсом увеличился на 7 мм, а зазор в конце плети уменьшился с 18мм до 10мм. Перемещение плети происходило из-за деформации балластного слоя в
направлении угона плети. Смещения рельсов по шпалам не наблюдалось. Закладные и клеммные болты скрепления КБ-65 примерно на 70% шпал были затянуты моментом 12кг*м, на остальных шпалах момент затяжки составил около 7 кг*м. Клеммы ОП511 были затянуты моментом 18кг*м. Проверка их затяжки весной и осенью 2001г. выявило повышение момента затяжки (видимо из-за коррозии клеммного болтов, которые летом 2000г. и 2001г. смазывались соляркой). Ослаблений затяжки клемм ОП511 в 2000-2002г. не обнаружено. Выход клемм из строя за два года эксплуатации составил 0.5% из за дефектов металла или перекала при изготовлении клеммы.

Сравнением расчетных и фактических данных температурных перемещений концов плети в процессе эксплуатационных испытаний не выявлено больших различий между ними. Устройство анкерных участков привело к изменению величин стыковых зазоров в пределах до 20мм в годовом цикле, что свидетельствует о возможности создания за счет повышения усилия прижатия рельса к шпале нормальных условий работы стыковых накладок и стыковых болтов без устройства уравнительных пролетов до сварки всех стыков.

Работа упругих клемм ОП511 на опытных участках бесстыкового пути

Выполненные на Горьковской железной дороги исследования работы упругих рельсовых скреплений показали целесообразность замены жестких клемм скрепления КБ-65 упругими ОП511, которые лучше объединяют рельс с железобетонной шпалой за счет усиленного его прижатия к шпале и позволяют предварительно сжать подрельсовую резиновую прокладку и выйти на линейную часть графика ее деформирования под вертикальной нагрузкой. Поскольку более 600км главных путей между станциями Петушки и Горький-Московский уложено на железобетонных шпалах со скреплением КБ-65 и этот путь имеет сравнительно небольшую наработку тоннажа, такой способ модернизации бесстыкового пути и его приспособления для скоростного движения представляет для Горьковской железной дороги важное практическое значение.

Клемма 0П511 для скрепления КБ-65 разработана [32] взамен известных клемм КДП-65 и ОП-Ю5, которые не позволяли при их линейном деформировании и без перенапряжений металла клемм получить силу прижатия рельса к шпале не менее 2.5тс.

С целью проведения эксплуатационных испытаний клеммы ОП511 в 2002г. проведена замена жестких клемм скрепления КБ-65 на двух километрах второго главного пути, начиная с восточной горловины станции Сейма в направлении к станции Горький-Московский. После замены жестких клемм упругими с затяжкой клеммных болтов моментом 18кг*м выполнена выправка пути выправочной машиной Эиотайс с пополнением балласта.

В результате проведенной модернизации амплитуда просадок пути уменьшилась, созданы условия для резкого замедления расстройств пути при повышении скоростей движения пассажирских поездов.

Выводы

Эксплуатационные испытания анкерных участков пути на Горьковской железной дороге подтвердили правильность расчетов температурных перемещений концевых частей бесстыковых плетей, сделанных с использованием конечно-элементных моделей бесстыкового пути. Это позволяет в дальнейшем расширить применение анкерных участков бесстыкового пути в местах соединения бесстыковых плетей со стрелочными переводами.
Модернизация конструкции бесстыкового пути со скреплением КБ-65 установкой упругих клемм взамен жестких существенно улучшает характеристики геометрии пути и позволяет снизить темпы накопления остаточных деформаций в балластном слое. На скоростных участках пути Горьковской железной дороги решено выполнить замену жестких клемм упругими и продолжить их эксплуатационные испытания.

Основные выводы по всем главам

На перспективном скоростном участке пути Москва — Горький-Московский (звене Северо-западного транспортного коридора), преобладает конструкция железнодорожного бесстыкового пути на железобетонных шпалах и нет кривых малого радиуса. Введению скоростного движения поездов препятствует: наличие на некоторых раздельных пунктах участков пути на деревянных шпалах, изношенных стрелочных переводов на деревянных брусьях, стыков рельсовых нитей в уравнительных пролетах и в стрелочных переводах, карстоопасных участков земляного полотна, ряд участков бесстыкового пути на загрязненном асбестовом балласте. Стратегия Горьковской железной дороги по подготовке путевой инфраструктуры к скоростному пассажирскому движению состоит в организации от станции Петушки до станции Горький-Московский пяти скоростных участков длиною 40-5 Окм каждый, составляющих около 2/3 общего протяжения пути, и в обеспечении скорости движения пассажирских поездов по раздельным пунктам до 140км/ч. Задача сокращения времени движения поезда на участке Москва — Горький при этом решается с меньшими затратами времени и капиталовложений.
Введение скоростного пассажирского движения приводит к изменению частоты воздействия колес вагонов на путь. В области возмущающих частот сил вероятны кратковременные полные разгрузки колес на неровностях пути с амплитудами более первой степени, при которых взаимодействие приобретает ударный характер, а силы вертикальных нагрузок колеса на рельс возрастают более чем в 3-4 раза. Необходима модернизация конструкции пути и технологии его содержания, совершенствование нормативов содержания пути и подвижного состава в скоростном режиме.
Для пассажирских цельнометаллических вагонов типа Д47, имеющих ограничения скорости движения до 160км/ч и постоянно эксплуатирующихся в диапазоне скоростей до 120-140км/ч, введение скоростного движения приводит к усилению динамического воздействия на путь колес этого вагона из-за того, что его собственные свободные формы колебаний демпфированы для диапазона скоростей до 120-140км/ч. В связи с вышеизложенным ведется разработка и испытания вагонов для скоростного движения (с наклоняющимся кузовом, с пневматическими вертикальными демпферами и др.).
При скоростном движении нормативы содержания рельсовой колеи необходимо пересматривать с учетом изменения амплитудно-частотной характеристики колеблющейся системы экипаж-путь и регламентировать не только амплитуды неровностей, но и их длины. Необходимы коррективы и в Инструкции ЦРБ-394 (в части допускаемых отступлений в содержании рельсовой колеи при скоростном движении). Необходимо внедрение более надежных конструкций пути и повышение квалификации машинистов лицензионных выправочных машин, улучшение программного и аппаратного оснащения тяжелых путевых машин.

Для обоснования параметров технических решений по подготовке путевой инфраструктуры к скоростному пассажирскому движению в диссертации выполнено исследование процессов взаимодействия железнодорожного пути с пассажирским цельнометаллическим вагоном Д47, который планируется использовать при скоростном движении на участке Москва-Горький. При моделировании динамики взаимодействия колеса вагона и рельса использованы программные системы ADAMS/Rail и COSMOS/M, конечно-элементные и другие модели, позволяющие рассмотреть процессы колебаний механических систем подвижного состава на железнодорожном.
Установлено, что сохранение или небольшое (на 20-30%) превышение существующего уровня нагрузки пути вертикальными и продольными силами при скоростном движении пассажирских поездов возможно лишь при сохранении существующих диапазонов частот воздействий и выполнении условий безотрывного качения колеса по рельсу.
Установлено, что на скоростном пути отводы просадок пути должны выполняться уклоном не круче 5мм/пог.м, а амплитуда просадок не должна превышать первой степени по ЦП774. Уширение-сужение колеи в пределах 1-2мм от норматива (1520мм) слабо влияет на динамику скоростного движения, а изменения больее Змм приводят к резкому росту давления колес на рельсы. Поэтому предпочтительна подкладочная конструкция пути с раздельным рельсовым скреплением.
На участках бесстыкового пути с железобетонными шпалами и скреплением КБ-65, имеющим большой остаточный ресурс наработки тоннажа рекомендуется замена жестких клемм скрепления КБ-65 упругой клеммой ОП511 с целью ликвидации зазоров в узле скрепления. Двухлетний опыт Горьковской железной дороги по эксплуатации этой клеммы на бесстыковом пути показал ее достаточную прочность (выход клемм за 2 года составил 0.5%), и постоянную силу нажатия клемм на рельс. Максимальные напряжения в клемме ОП511 при нормативной затяжке клеммного болта составляют 60% от предела упругости. Клемма ОП511 по данным ВНИИЖТ имеет линейный график нагрузка — деформация и линейная зависимость стабильно обеспечивается при рабочей затяжке клеммного болта усилием 2.5-3.0тс (момент затяжки 18кг*м). После установки в скрепление КБ-65 клеммы ОП511 и выправки пути средняя просадка пути по амплитуде не превышает 5-6мм, что удовлетворяет требованиям скоростного пассажирского движения.
На скоростных участках железнодорожного пути не должно быть рельсовых стыков. Горьковской железной дорогой выполняется алюмотермитная сварка стыков стрелочных переводов.
Соединение бесстыковых плетей со стрелочными переводами рекомендуется выполнять по способу устройства анкерных участков. Двухлетние наблюдения за температурными и другими перемещениями концов рельсовых плетей с анкерными участками убеждают, что в климатической зоне Горьковской достаточна длина анкерного участка в 50м. Расчеты температурных перемещений частей стрелочных переводов и концов плети на конечно- элементных моделях не противоречат данным наблюдений на опытных участках пути.
Введение скоростного пассажирского движения поездов требует подготовки локомотивного и вагонного хозяйства, средств СЦБ и АСЛН, тормозного оборудования, отработки режимов ведения поезда, подготовки полосы отвода и ряда других мероприятий. В настоящее время эта комплексная работа ведется Горьковской железной дорогой в соответствии с решениями Коллегий МПС Российской Федерации.

Список литературы

Шайдуллин Ш.Н., Исаенко Э.П., Иванов С.Ю., Безруков М.В. Моделирование воздействий подвижного состава на рельсовые нити в кривых // Сборник трудов 2-ой конференции CAD-FEM, Москва,.2002. Стр.368-371.
Шайдуллин Ш.Н., Исаенко Э.П., Иванов С.Ю., Безруков М.В. Моделирование устойчивости колеса на рельсе при входе экипажа в кривую: Тез. докл. конф. Ресурсосберегающие технологии на
железнодорожном транспорте, МИИТ, Москва, 2002, 2с.
Шайдуллин Ш.Н., Исаенко Э.П., Иванов С.Ю., Безруков МБ. О параметрах железобетонных шпал, изготавливаемых в кассетах: Тез. докл. конф. Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте, МИИТ, Москва, 2002, 2с.
Шайдуллин Ш.Н., Исаенко Э.П., Иванов С.Ю., Васильев С.П., Безруков М.В. Расчеты железнодорожного пути с использованием конечно-элементных моделей: Учебное пособие. Нижний Новгород, Горьковская железная дорога, «Нижегородский печатник», 2002, 200с.
Шахунянц Г.М. Железнодорожный путь. Москва, Транспорт, 1987, 479с.
Шульга В.Я. Бесстыковой путь на подрельсовом основании из железобетона. Москва, ВИНИТИ Академии наук СССР, 1959.
Шульга В.Я. Технико-экономическая эффективность и сферы применения бесстыкового пути // Бесстыковой путь. М., 1982.
Шульга В.Я. Что выгоднее: наплавка или науглероживание крестовин // Путь и путевое хозяйство, №12, 1998.
Эсвельд С. Вибрации грунта вблизи железных дорог. Железные дороги мира, №5,1992.
Яковлев В.Ф. Исследование сил взаимодействия колеса и рельса с учетом нелинейных односторонних связей и переменных масс./ Труды ЛИИЖТ, 1964. Выпуск 233. Стр.46-95.