599

Пример определения расчетных параметров ввода рельсовых плетей в расчетный режим с

сопротивления продольному перемещению плети, закрепленной на шпалах, r принята равной 12 кН/м (для незамерзшего и уплотненного балласта). Величину стыкового сопротивления принимаем равной — 400 кН. Величину погонного сопротивления продольному перемещению плети, вывешенной на ролики, принимаем равной r0 = 0,15 кН/м .

Величину расчетной растягивающей продольной силы, соответствующей температурному

эквиваленту, равному t = 30 °С можно определить по формуле Np = αEF ti = αEF(tp − ti ) , а

также можно использовать полученную ранее зависимость — эквивалент одного градуса равен 20,5 кН. Тогда: Np = = 30× 20,5 = 615 кН.

Длина анкерного участка со стороны подвижного конца плети: lанк′ = Np / r = 615/12 = 51м ,

а со стороны неподвижного конца плети:

lанк = (Np − R)/ r = (615− 400)/12 ≈15 м .

Для упрощения нанесения контрольных сечений на плети и проведения расчетов примем длину анкерного участка lанк = 50 м.

Величину растягивающей продольной силы, обеспечивающей создание в плети продольных сил, в среднем равных расчетным (с учетом погонного сопротивления), определяем по

Величину необходимых перемещений контрольных сечений без учета погонного сопротивления можно определить по формуле

ux = αai (tp − ti ) ,

где ai — расстояние от неподвижного конца плети до контролируемого сечения, или использовать ранее полученную зависимость — участок плети длиной 50 м при изменении температуры на один градус изменяет свою длину на 0,6 мм. Соответственно, при изменении температуры на 30 °С — на 18 мм.

Отклонение перемещений сечений плети от расчетных определяем по зависимости (5.33):

определяет величину созданных продольных сил. Здесь EF — продольная жесткость рельса; ξ — относительная деформация участка l = 50 м. Разности перемещений соседних сечений uр, i−(i+1) соответствует также температурный эквивалент продольных сил, определяемый из зависимости uα = αl t , где t = tp − ti .

процессе нагружения плети также перемещается. Поэтому фактические перемещения расчетных сечений uфi необходимо уменьшить на величину смещения сечения x = L − lанк .

Для определения отклонений перемещений сечений плети от расчетных (по формуле 5.33) необходимо знать фактическое значение погонного сопротивления продольному перемещению плети. Для получения его значения целесообразно нагрузить полностью раскрепленную и вывешенную на антифрикционные элементы рельсовую плеть продольной силой до начала перемещения всей плети. Тогда величина погонного сопротивления определится из очевидного выражения:

r0 = Nr0 / L ,

где Nr0 — продольная сила, необходимая для смещения рельсовой плети.

Раздел 6. ВОССТАНОВЛЕНИЕ РАСЧЕТНОГО НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ РЕЛЬСОВЫХ ПЛЕТЕЙ

6.1. Восстановление целостности рельсовых плетей

Восстановление целостности рельсовых плетей

Технология восстановления рельсовых плетей должна обеспечить:

—восстановление целостности рельсовых плетей;

—восстановление расчетных напряжений в зоне сварки и на прилегающих участках.

Иначе говоря, после выполнения работ рельсовые плети должны иметь состояние, близкое к

состоянию, имевшемуся до излома или появления опасного дефекта.

Начальный этап восстановления

При обнаружении в рельсовой плети излома или опасного дефекта первоочередной задачей является обеспечение безопасного пропуска поездов и определение этапности восстановления.

Восстановление целостности плетей производится в два или три этапа:

—краткосрочное;

—временное;

—окончательное.

Для определения условий пропуска подвижного состава и этапности восстановления при обнаружении опасного дефекта необходимо с помощью съемного ультразвукового дефектоскопа определить границы распространения внутренней трещины относительно рабочей грани головки рельса, а также уточнить место расположения дефекта по длине рельса. Для работы дефектоскопа очищают поверхность катания и смачивают ее в зоне поиска дефекта водой, а при отрицательной температуре — водным раствором спирта. Искатель многократно перемещают по поверхности катания вдоль рельса на длине около 20 см с каждой стороны дефекта, направляя пучок ультразвуковых колебаний вдоль продольной оси рельса. Первый проход искателя начинают от внутренней грани головки, последующие — с шагом сканирования 2–3 мм до установления границы распространения трещины в поперечном направлении головки.

Краткосрочное восстановление

Краткосрочное восстановление заключается в установки в месте повреждения накладок, сжатыми струбцинами (рис. 6.1). Разрешается пропуск поездов в течение 3-х часов со скоростью 25 км/ч. Этот стык должен находиться под наблюдением.

Краткосрочное восстановление применяется:

—при внутренней поперечной трещине (дефекты 21.2 и 69), если ее границы выходят за середину головки рельса (за вертикальную ось симметрии) или она вышла на поверхность рельса;

—при сквозном поперечном изломе и образовавшемся зазоре менее 40 мм.

По дефектному месту в течение трех часов представляется возможным пропускать поезда со скоростью до 25 км/ч. При этом за стыком должно обеспечиваться непрерывное наблюдение. В течение трех часов должно быть организовано временное или окончательное восстановление рельсовой плети.

Рис. 6.1. Схемы расположения струбцин при изломе рельса: a — между шпалами; б — над шпалой;

в — струбцина для стягивания накладок

Если внутренняя трещина, вызванная дефектом 21.2, не выходит на поверхность, а ее границы за середину головки, допускается установка на поврежденное место шестидырных накладок с четырьмя болтами. Накладки устанавливаются так, чтобы их середина совмещалась с дефектом. Во избежание развития дефекта отверстия для двух средних болтов не сверлятся. После постановки накладок поезда пропускаются с установленной скоростью. Для повышения усилия затяжки стыковых болтов стыка рекомендуется использовать высокопрочные болты.

Для предотвращения растяжения зазора и среза болтов в случае сквозного излома рельса под накладками необходимо произвести усиленное закрепление клеммных и закладных болтов на протяжении 50 м в каждую сторону от дефектного места. Место с дефектом, взятым в накладки, необходимо осматривать при всех проверках пути. В случае выхода трещины на поверхность рельса или распространении трещины за середину головки рельсовая плеть должна быть временно или окончательно восстановлена.

Временное восстановление

Временное восстановление производится после краткосрочного, а также в случае развития дефекта, взятого в накладки.

Если трещина или излом произошли по дефектам 24, 25, 26.3, ЗОВ.2, 50.2, 52.2, 55, 56.3, 60.2, а также если были обнаружены два и более дефекта 21.1 между двумя сварными стыками, запрещается осуществлять краткосрочное восстановление. Запрещается также производить краткосрочное восстановление, если при сквозном изломе образовался зазор более 40 мм. В этих случаях необходимо сразу производить временное или окончательное восстановление рельсовой плети.

При временном восстановлении из рельсовой плети вырезается часть рельса с дефектом и укладывается рельс длиной 8–11 м, соединяемый с образовавшимися концами рельсовой плети шестидырными накладками. Расстояние от края дефекта или от конца трещины до ближайшего пропила, а также до ближайшего сварного стыка должно быть не менее 3 м. Сведения о местах временного восстановления заносятся в журнал или паспорт-карту и хранятся до окончательного восстановления плети.

При выполнении работ по временному восстановлению рельсовых плетей в перерывах между поездами необходимо руководствоваться следующими технологическими указаниями.

—Для пропуска поезда снимают рельсорезный станок, на место пропила ставят накладки, прикрепляемые со стороны вырезаемого рельса струбцинами, а со стороны плети — болтом, для которого заранее просверливают отверстие в шейке рельса.

—Расстояние между двумя пропилами должно равняться длине вставляемого рельса плюс два зазора. Положение второго пропила на плети намечается только после полного температурного перемещения ее концов в месте первого пропила.

—При температуре рельсовой плети, превышающей температуру ее закрепления, временное восстановление производят на закрытом для движения перегоне. В этом случае сначала вырезается газовым резаком кусок рельса длиной 10–20 см в месте дефекта, а затем рельсорезным станком обрезаются концы плетей в расчетных сечениях. Чтобы исключить заклинивание вырезаемого куска рельса при удлинении концов плетей, а также для обеспечения безопасности работающих, его необходимо вырезать постепенно (рис. 6.2).

Обрезку второго конца плети (сечение В на рис. 6.3, а) выполняют в «окно» на расстоянии от первого пропила, равным lр – l, где l — запас на усадку и оплавление металла при сварке двух стыков.

Данный запас устанавливают при сварке контрольных образцов во время подготовки машины ПРСМ к работе на перегоне (запас на усадку и оплавление металла на один стык ≈ 40–50 мм).

После удаления вырезанной части плети вместе с временным рельсом в плеть вваривают рельсовую рубку. Первый стык рельса с плетью сваривают с подтягиванием рельса (рис. 6.3, б). Второй стык В сваривается с предварительным изгибом концевого участка привариваемой плети (рис. 6.3, г).

Окончательное восстановление целостности плети сваркой необходимо выполнять при температуре ее закрепления с возможным отклонением ± 5 °С. Возможность восстановления целостности плети при температурах, отличающихся от температуры рельса при ее закреплении, рассматривается в подразд. 6.3.

При восстановлении пути после выброса или сдвига участки рельсовых плетей в месте наибольшего остаточного искривления на длине 25 м должны быть вырезаны и заменены рельсами с соответствующим износом, соединенными с плетями накладками или сваренными с ними.

Изменение напряженно-деформированного состояния в зоне сварки и на прилегающих участках при восстановлении целостности плети

Наряду с восстановлением целостности рельсовых плетей необходимым условием их последующей эксплуатацией безопасной является восстановление в зоне сварки и на прилегающих участках напряженного состояния, близкого к расчетному.

При восстановлении целостности плетей при температурах рельсов отличающихся от температуры закрепления плетей в зоне сварки и на прилегающих участках могут возникнуть продольные силы существенно отличающиеся от расчетных. Указанное следует из рассмотрения эпюр продольных сил, формирующихся в зоне восстановления целостности плети (рис. 6.4).

При изломе рельсовой плети при некоторой температуре рельса меньше температуры закрепления плети (t1 < tзакр ) в месте излома и на прилегающих участках длиной lд произойдет

реализация продольных сил площадью W1 в продольные деформации (рис. 6.4, а). После окончательного восстановления целостности рельсовой плети при температуре t2 < tзакр (рис. 6.4,

б) и последующего повышения температуры до t3 эпюра продольных сил примет вид, изображенный на рис. 6.4, в. Как следует из эпюры продольных сил на рис. 6.4, в, в зоне сварки возникает дополнительная сжимающая сила Nt3 , численно равная величине продольной силы в

плети, соответствующей температуре рельса при окончательном восстановлении t2.

При окончательном восстановлении целостности рельсовой плети при температуре выше температуры закрепления (t4 > tзакр ) эпюра продольных сил в зоне сварки и на прилегающих

участках имеет вид, изображенный на рис. 12.4, г. При понижении температуры до t5 < tзакр в зоне

продольной силе в плети при восстановлении ее целостности t4.

Рис. 6.4. Изменение продольных сил в зоне восстановления целостности плети при циклическом изменении температуры рельсов:

lд — концевые участки продольной деформации ; lв — рабочая зона восстановления плети

Величины возникающих дополнительных как сжимающих, так и растягивающих продольных сил могут достигать существенных значений.

Пример

Расчетная температура закрепления плети tзакр = +30 °C.

Температура рельса при окончательном восстановлении плети t2 = +5 °C.

Тогда при повышении температуры выше расчетной температуры закрепления плети в зоне сварки и на прилегающих участках возникает дополнительная сжимающая сила, равная:

Nt = αEF(t2 − tзакр ) .

Учитывая, что для рельсов типа Р65 — αEF ≈ 20,5 кН / °С, получим:

Nt = αEF(t2 − tзакр ) = 20,5(5 − 30 ) = −512,5 кН.

Полученная величина дополнительной продольной сжимающей силы вызывает опасность потери устойчивости при температурах, близких к максимальным.

Таким образом, выполнение окончательного восстановления целостности плети сваркой при температурах, отличающихся от температуры ее закрепления более чем на ± 5 °С, вызывает появление в зоне сварки и на прилегающих участках дополнительных продольных сил, вызывающих осложнения при эксплуатации бесстыкового пути. Поэтому при восстановлении целостности плетей необходимы технологические решения, исключающие появление указанных дополнительных продольных сил.