632

ринская—СмазневоЗападно-Сибирскойжелезнойдороги.Рель- сыР65новые,термоупрочненные,шпалыжелезобетонные,скрепление стандартное КБ-65, балласт щебеночный. На участке обращаетсялокомотивВЛ80с смаксимальнойскоростью90 км/ч. На перегоне имеются прямые и кривые радиусом до 400 м. Погонное сопротивление рельсовой плети перемещению вдоль путисоставляетвлетнеевремя—12кН/м,взимнее—25кН/м. Стыковоесопротивлениеперемещениюрельсовсоставляет250 кН.

По данным многолетних наблюдений, в районе станции Заринская абсолютный максимум температуры рельсов равен

tmax max = +58 оС, а абсолютный минимум — tmin min = –52 оС (см. прил. Г).

Границырасчетного интервалазакрепления,т.е. наименьшую mintз и наибольшую max tз температуры закрепления, определяются по формулам (2.7) и (2.8)

mintз = tmax max – [ ty], maxtз = tmin min + [ tp].

Минимальная устойчивость бесстыкового пути для заданной плети будет в кривой радиусом 400 м. Следовательно, в соответствии с прил. Д, допускаемое повышение температуры рельсов по сравнению с температурой их закрепления, определяемое устойчивостью пути выбросу [ tу] = 38 °С.

Допускаемое понижение температуры рельсов по сравнению с температурой их закрепления [ tр] определяется их прочностью при действии растягивающих температурных продольных сил и растягивающих напряжений возникающих в кромке подошвы рельса от подвижного состава, которые в свою очередь зависят от скорости движения подвижного состава.

По прил. Е по экстраполяции для ВЛ80С, R = 400 м и v = 90 км/ч находим значение [ tр], которое будет равно 85 °С.

Подставляя полученные значения [ tу] и [ tр] в формулы

(2.8) и (2.9) получим

mintз = 58 – 38 = +20 °С. maxtз = –52 + 85 = +33 °С.

Полученные данные сравниваем с оптимальной температурой закрепления по табл. 2.1. Для Западно-Сибирской железной дороги рекомендуется принимать tопт = 35 ± 5 °С, что не вписывается врасчетный интервалзакрепления.Следовательно, для повышения верхней границы закрепления необходимо пре-

71

дусмотреть понижение скорости движения в кривых малого радиуса. Поэтому сделаем расчет для скорости 80 км/ч. Для такой скорости в кривой радиусом 400 м [ tр] будет равно 89 °С. Тогда

maxtз = –52 + 89 = +37 °С.

С учетом рекомендаций ТУ–2000 окончательно принимаем

mintз = +30 °С,

в прямых и кривых радиусом 500 м и более maxtз = +40°С, в кривых радиусом менее 500 м maxtз = +37°С.

Вкривых малого радиуса снижение скорости движения поез-

довможновводитьтолькопритемпературахрельсовнижеtз – [ tр]. Так, в нашем случае, при закреплении рельсовой плети в кривой радиусом 400 м даже при температуре +40 °С снижение скорости потребуется только при температурах рельсов 40 – 85 = –45 °С и ниже.

Далее делаем проверку на максимальное раскрытие зазора в случае закрепления рельсовой плети при оптимальной температуре +35 °С и изломе ее при экстремальной температуре –52 °С по формуле (2.9).

=0,073 м = 73 мм

Всвязи с тем, что раскрытие зазора при температуре –52 °С превышает допустимое по ТУ–2000 50 мм, необходимо определитьтемпературурельсов,прикоторойраскрытиезазора достигнет 50 мм, используя формулу (2.10).

(2.37)

Следовательно, при температуре рельсов минус 37 °С и ниже возникает повышенная опасность при движении поездов с большими скоростями.

72

В соответствии с табл. П.2.3 ТУ–2000, для данного региона рельсовые плетиможно закреплятьпри температурахрельсов не выше плюс 30 °C. Следовательно, при закреплении плетей при температуре выше плюс 30 °C, для обеспечения прочности стыковых болтов в уравнительных пролетах, необходимо устанавливать высокопрочные болты. В противном случае придется делать сезонную замену рельсов в уравнительных пролетах (нормальнойдлинынаудлиненныеосеньюиобратновесной,или менять укороченные рельсы на рельсы нормальной длины).

Расчет границ интервалов закрепления рельсовых плетей, лежащих в прямых и кривых участках пути других радиусов, приведен в табл. 2.6 и на рис. 2.7.

Таблица 2.6

Основные параметры и границы интервалов закрепления рельсовых плетей на перегоне Заринская — Смазнево ЗападноСибирской железной дороги в прямых и кривых различных радиусов для ВЛ80с

2.9.2. Принудительный ввод рельсовых плетей в расчетный интервал

Задача. Определить основные параметры ввода рельсовой плети длиной 800 м в оптимальный температурный режим при помощи гидравлического натяжного устройства (ГНУ), если работа производится при температуре рельсов плюс 15 °С. Погонное сопротивление 12 кН/м.

По формуле (2.13) определим необходимое удлинение плети

L = L t;

L = 11,8∙10–6∙800∙(35 – 15) = 0,189 м.

Усилие, которое должно развивать при этом ГНУ, определенное по формуле (2.14), составит

73

Рис. 2.7. Расчетные и оптимальные границы интервала закрепления рельсовых плетей для перегона Заринская—Смазнево Западно-Сибирской железной дороги при обращении подвижного состава с локомотивами ВЛ80с

При протягивании гаекстыковых болтов смоментом 600 Н/м исозданиивременногостыковогосопротивлениянеменее400 кН, анкерный участок можно сделать практически за счет уравнительного пролета.

Перемещения промежуточных точек при натяжении плети ГНУ, определенные по формуле (2.16), составят:

74

1 = a1 t = 0,0000118∙50∙20 = 0,012 м,2 = a2 t = 0,0000118∙100∙20 = 0,024 м,3 = 0,0000118∙150∙20 = 0,035 м,4 = 0,0000118∙200∙20 = 0,047 м,5 = 0,0000118∙250∙20 = 0,059 м,6 = 0,0000118∙300∙20 = 0,071 м,7 = 0,0000118∙350∙20 = 0,083 м,8 = 0,0000118∙400∙20 = 0,094 м,9 = 0,0000118∙450∙20 = 0,106 м,10 = 0,0000118∙500∙20 = 0,118 м,11 = 0,0000118∙550∙20 = 0,130 м,12 = 0,0000118∙600∙20 = 0,141 м,13 = 0,0000118∙650∙20 = 0,153 м,14 = 0,0000118∙700∙20 = 0,165 м,15 = 0,0000118∙750∙20 = 0,177 м,16 = 0,0000118∙800∙20 = 0,189 м.

2.9.3. Изготовление длинной рельсовой плети из ранее уложенных коротких плетей

Задача. Определить основные параметры сварки длинной рельсовойплетиизужеуложенныхнаперегонекороткихплетей, если сварка производится при температуре рельсов, ниже температуры закрепления плетей, с восстановлением оптимального температурного режима работы плети в месте производства сварочных работ. Короткие рельсовые плети были уложены и закреплены при оптимальной температуре плюс 35 °С. Сварочные работы производятся при температуре рельсов плюс 15 °С. Погонные сопротивления закрепленных рельсов перемещению составляют 12 кН/м. Между короткими рельсовыми плетями временно уложены рельсовые рубки длиной по 10 м, соединенные с плетями болтовыми стыками. При изготовлении длинной рельсовойплетибудетввариватьсярельс безболтовыхотверстий длиной 12,5 м. Сварка рельсовых плетей производится с использованием способа предварительного изгиба.

Вначале определим длинуфронтаработ Lфр,на котором будут отсутствовать температурные продольные силы во время производства сварочных работ. Его длина будет состоять из длины ввариваемой рельсовой вставки (Lвст =12,5 м) и участка плети,

75

освобождаемого от закрепления для образования петли изгиба при сварке второго стыка (Lсв = 45 м). Следовательно, Lфр = = 12,5 + 45 = 57,5 м.

Для создания на участке фронта работ (Lфр = 57,5 м), продольной силы равной температурной силе на прилегающих концах рельсовых плетей Nt, в соответствии с формулой (2.21) плеть необходимо растянуть на величину

Lфр = (Lвст + Lсв) t = 0,0000118∙57,5∙(35 – 15) = 0,0136 м.

Температурную силу Nt можно определить по формуле (2.20)

Nt = EF t = 0,0000118∙2,1∙1011∙82,56∙10–4∙20 = 409167 Н.

Для создания продольной силы равной Nt на прилегающих к фронту работ дышащих участках плети, необходимо их растянуть на величину

Lд = Lд t,

где Lд = Nt/r = 409167/12000 = 34,10 м.

Lд = 0,0000118∙34,10∙20 = 0.008 м.

Для компенсации сжатия плети, возникающего при вправлении петлиизгиба послеокончания сварочных работ, потребуется еще дополнительное удлинение Lизг = 2,75fост2 /а. Принимая

fост = 0,2 м, а хорду кривой а = 40 м, получим

Lизг = 2,75∙0,22/40 = 0,0027 м.

Таким образом, в соответствии с формулой (2.24) общее необходимое для выравнивания продольных сил удлинение участка плети на месте производства работ должно быть равно

L = Lфр + Lд + Lизг = 0,0136 + 0,008 + 0,0027 = 0,0243 м.

Для того чтобы с целью восстановления температурного режима после производства сварочных работ растянуть фронт работ на L, необходимо перед проведением сварочных работ создать на одном из прилегающих концов плети участок, растянутый с усилием большим, чем температурная сила на

N = EF L/(Lp – Lд),

где Lp — длина освобожденного от клемм участка плети перед растяжениемегогидравлическимнатяжнымустройством(ГНУ). Принимаем его равным 150 м. Тогда

N = 2,1∙1011∙82,56∙10–4∙0,0243/(150 – 34,10) = 363506 Н.

Усилие, с которым ГНУ должно растягивать раскрепленный конец плети, определяем по формуле (2.25)

Nгну = Nt + N = 409167 + 363506 = 772673 Н.

76

Длину анкерного участка, необходимого для работы ГНУ, определяем по формуле (2.27)

La = Nгну/r = 772673/12000 = 64,39 м.

Величину отката конца плети после его растяжения, закрепления и снятия ГНУ определяем по формуле (2.28)

Lотк = Nгну2 /(2rEF) = 7726732/(2∙12000∙2,1∙1011∙82,56∙10–4) = = 0,0143 м.

Поэтому последнее контрольное сечение, совпадающее с концом растягиваемойплети взонепервогосвариваемого стыка, при натяжении плети ГНУ должно быть смещено на величину

к = L + Lотк = 0,0243 + 0,0143 = 0,0386 м,

чтобы после закрепления плети, снятия ГНУ и отката конца плети оно оказалось смещенным на L .

Перед первичным раскреплением растягиваемой части плети на подошву рельса и подкладки через каждые 30 м наносятся контрольные, а на подошву рельса дополнительно — расчетные риски. Контрольные риски, нанесенные в одном створе на подошву рельса и подкладки, фиксируют начальное положение плети. Расчетные риски определяют величины смещения в каждом сечении плети через 30 м при ее растяжении ГНУ.

В соответствии с формулами (2.31) и (2.32), при натяжении рельсовой плети ГНУ нулевое контрольное сечение (находящиеся на границе зоны первичного раскрепления плети) сместится относительно его первоначального положения на величину

0 = N2/(2rEF) = 3635062/(2∙12000∙2,1∙1011∙82,56∙10–4) =

=0,0032 м,

апромежуточные контрольные сечения сместятся на величину

i = 0 + Nai/(EF),

где аi — расстояние от нулевой контрольной точки до i-й.

1 = 0,0032 + 363506∙30/(2,1∙1011∙82,56∙10–4) = 0,0095 м,2 = 0,0032 + 363506∙60/(2,1∙1011∙82,56∙10–4) = 0,0158 м,3 = 0,0032 + 363506∙90/(2,1∙1011∙82,56∙10–4) = 0,0221 м,4 = 0,0032 + 363506∙120/(2,1∙1011∙82,56∙10–4) = 0,0284 м,

5 = к = 0,0386 м.

После закрепления растянутой части плети и снятия ГНУ, конечная точка откатится на Lотк = 0,0143 м и окажется смещенной только на 0,0243 м.

77

2.9.4. Контроль за напряженно-деформированным состоянием рельсовых плетей в процессе их эксплуатации

Задача. Оценить изменение напряженного состояния рельсовой плети по данным наблюдения за положением плети относительно маячных шпал.

Имеются результаты наблюдения за положением рельсовой плети на 10 маячных шпалах. Расстояние между маячными шпалами 100 м. Температура закрепления плети плюс 35 оС, минимальная расчетная температура закрепления плети плюс 20 оС, максимальная — плюс 40 оС.

Расчеты ведем в табличной форме с использованием формул

(2.34), (2.35) и (2.36).

Анализ полученных данных показывает, что после перемещений отдельных участков плети в результате его угона фактическая температура закрепления рельсовой плети t0 вышла за расчетные границы. В результате на 1, 2, 3, 7 и 8 пикетах появилась угроза разрыва рельсовой плети при низких температурах, а на 4 пикете угроза выброса при высоких температурах. Для устранения такой опасности на рассматриваемом участке рельсовой плети необходимо провести местную регулировку температурных напряжений.

Таблица 2.6

Расчет фактической температуры закрепления участков рельсовой плети по данным наблюдений за перемещениями плети относительно маячных шпал

В табл. 2.6: i — смещение плети в i-ом контрольном сечении (со знаком плюс по ходу километров, со знаком минус — против); Li = i – i–1 .

78

3. ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ ЛИНЕЙНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ВЕРХНЕГО СТРОЕНИЯ ПУТИ

3.1. Показатели надежности

Железнодорожныйпутьявляетсяосновойжелезнодорожного транспорта. Надежность пути оказывает существенное влияние на эффективность транспортного процесса. Требование обеспечения надежности железнодорожного пути особое значение приобретает в условиях роста скоростей движения, осевых и погонных нагрузок, а также массы поездов.

Решение задачи оптимизации параметров верхнего строения пути может выполняться различными способами, но с технической точки зрения более правильным является минимизация вероятности того, что за время эксплуатации конструкции пути

еепараметры могут выйти из области допустимых значений.

Впрактикеведенияпутевогохозяйстваприходитсяпостоянно решать задачи, относящиеся к области теории надежности. Срединихможноназватьтакие,какопределениемежремонтных сроков с учетом влияния на них различных факторов (нагрузка на ось, скорости движения поездов и т.д.), определение периодичности контроля состояния рельсов в пути (использование средств дефектоскопии).

Показатели надежности пути очень важны при оценке качества новых конструкций, выработке стратегии ведения путевого хозяйства.

Показатели надежности — это количественная характеристика одного или нескольких свойств, составляющих надежность объекта.Численныезначенияпоказателеймогут бытьвыражены размерными или безразмерными величинами. Формулировка смысла показателя обычно отражает и способ определения его численного значения расчетным или опытным путем.

Теория надежности сравнительно молодая наука. Ее основы были заложены в 50–60-е гг. прошлого столетия.

Всоответствии с ГОСТ 27.002–89 «Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения», «надежность — свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях

79

применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования».

Надежностьобъектаоцениваетсянетолькововремянепосредственной эксплуатации, но и во время хранения, транспортирования и ремонтов. Поэтому надежность является сложным свойством и состоит из сочетания следующих свойств: безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости.

Прежде чем рассматривать эти свойства, определим состояния, в которых может находиться технический объект. С точки зрения надежности объект двоичен и находится в одном из двух состояний — исправном или неисправном. Исправное — это такое состояние,при которомобъект соответствуетвсем требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской документации.Внеисправномсостоянииобъектнесоответствуетхотя бы одному из этих требований.

Неисправный объект может находиться в следующих состояниях — работоспособном, неработоспособном и предельном.

Вработоспособном состоянии значения всех параметров объекта,характеризующихего способность выполнятьзаданные функции,соответствуюттребованиямнормативно-техническойи (или) конструкторской документации.

Внеработоспособномсостояниихотябыодинтакойпараметр не удовлетворяет требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской документации.

Предельным называют состояние объекта, при котором его дальнейшее применениепо назначению недопустимо или нецелесообразно, либо восстановление его исправного или работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно. Предельное состояние наступает при физическом или моральном старении, резком снижении эффективности эксплуатации, при возникновении неустранимых нарушений требований безопасности

идругих факторов. В этом случае объект списывают или отдают в капитальный ремонт. Например, если в результате длительной эксплуатации автомобиля наступает физический износ его механических деталей, то неисправности начинают происходить настолькочасто,чторемонтстановитсяэкономическиневыгодным. Выгоднее заменить этот автомобиль на новый.

80