669

Для расчета надежности скреплений КБ, КН, ЖБР и АРС использованы статистические данные наших наблюдений, а также опубликованные данные [40, 52].

Частота отказов элементов скрепления приведена в табл. 3.8. Используя эти данные, определим значения Тср и σt (табл. 3.9).

Таблица 3.8

Частота отказов элементов скреплений, %

Таблица 3.9

Параметры Тср и σt элементов скреплений, млн т бр.

Вероятность безотказной работы элементов скреплений приведена в табл. 3.10.

84

Вероятности безотказной работы узлов рельсовых скреплений, определенные в соответствии со структурными схемами (рис. 3.12) по формулам (3.40–3.43), приведены в табл. 3.10.

Из анализа данных табл. 3.10 следует, что наибольшей вероятностью безотказной работы обладают скрепления типа КНУ, а наименьшей — скрепления типа КБ и АРС.

Опыт эксплуатации скреплений КБ-65 на железобетонных шпалах показал, что после пропуска по участку с этими скреплениями 400–600 млн т бр. груза происходит отказ 20–30 % электроизолирующих деталей. Удельное сопротивление подрельсового основания снижается до 0,2–0,25 Ом·км, что ведет к отказу рельсовых цепей. Это подтверждается результатами расчетов, приведенными в табл. 3.11 и на рис. 3.13, а.

Таблица 3.11

Численные значения вероятности безотказной работы узлов скреплений

Анализ данных табл. 3.8–3.10 показывает, что наибольшую частоту отказов у скреплений КБ имеют подрельсовые и нашпальные прокладки. При повышении надежности этих элементов до уровня КН надежность узлов скреплений КБ можно существенно повысить при значительно большей наработке по сравнению с имеющейся в настоящее время (рис. 3.13, б).

Ускреплений типа КН высокую интенсивность отказов имеют металлические подкладки. При повышении надежности этих элементов эффективность работы скреплений типа КН будет еще выше.

Ускрепления ЖБР недостаточную надежность имеют подрельсовые прокладки и прокладки под упорную скобу. При доведении надежности этих элементов до уровня подрельсовых прокладок КН (рис. 3.13, б) уровень надежности этого скрепления в диапазоне наработки 200–600 млн т бр. груза будет все равно ниже, чем у скреплений КН и КНУ. Объясняется это худшей схемой надежности узлов этих скреплений. Подкладки КБ, КН и КНУ объединяют работу двух закладных болтов и цепи этих элементов являются дублирующими. Большую роль играет также качество изготовления элементов, особенно упругих клемм.

Низкая надежность скрепления АРС объясняется низкой надежностью изолирующих уголков с обеих сторон подошвы рельса. Происходит это из-за высокой горизонтальной жесткости скреплений и недостатками конструкции изоляции подошвы рельса от анкеров и упругих клемм.

88

Рис. 3.13. Вероятность безотказной работы скреплений:

а— по фактическим данным об отказах элементов;

б— после повышения надежности отдельных элементов

3.8. Оценка точности сборки путевой решетки при различных конструкциях рельсовых скреплений

Параметры рельсовой колеи во многом определяются точностью сборки путевой решетки на производственных базах ПМС. В свою очередь, точность сборки зависит от разброса размеров деталей, из которых собирается рельсошпальная решетка.

Отклонения размеров элементов пути вызываются производственными причинами и в большинстве случаев проявляются случайно. Поэтому рассеивание действительных размеров деталей определяется законами теории вероятностей.

Наиболее совершенным методом оценки точности сборки путевой решетки является анализ размерных цепей, основанный на теории вероятностей и широко используемый в машиностроении [55, 56]. Размерная цепь — расположенные по замкнутому контуру размеры деталей, влияющие на точность одного из замыкающих размеров контура (ширина колеи). Это звено, формирующееся в последнюю очередь, называется замыкающим, а все остальные звенья, входящие в размерную цепь, — составляющими. Звенья размерной цепи делятся на размеры деталей и на размеры, связывающие поверхности или оси соседних деталей (зазоры).

Геометрическая характеристика рельсовых скреплений

Определение фактических размеров элементов железобетонных шпал и скреплений КБ-65, ЖБР-65, КН65 производилось на Горновском заводе спецжелезобетона и на производственных базах ОПМС-19, ПМС20. Всего было выполнено более 4000 измерений, данные которых затем были подвергнуты статистической обработке.

Определялись геометрические размеры элементов промежуточных рельсовых скреплений и железобетонных шпал, оказывающих наибольшее воздействие на работу рельсошпальной решетки (рис. 3.14): В1 — расстояние между наружными кромками углублений в шпале под подкладками; В2 = В11 — отклонения головки рельса от вертикали в расчетном уровне за счет подуклонки; В3 = В10 — расстояния от наружной кромки углубления в шпале под подкладкой до оси закладного болта; В4 = = В9 — расстояния от оси закладного болта до упорной грани ее реборды; В5 = В8 — расстояния от оси рельса

до упорной грани наружной реборды подкладки; В6 = В7 — размеры половины ширины головки рельса, замеренной на уровне измерения ширины колеи; La — размер между ребордами подкладки; La2 — размер между ребордами упорных планок ЖБР-65; LШ — расстояние между кромками углубления в шпале под подкладками; Lп — размер длины подкладки; М — подуклонка углубления в железобетонной шпале под подкладками;

В качестве параметров указанных размеров определялись: N — номинальный размер элемента; δ — допуск размера; em — середина поля рассеивания допуска размера.

Рис. 3.14. Схема размерной цепи рельсовой колеи

Размеры основных элементов железобетонной шпалы Ш-1 и скрепления КБ-65 представлены в табл. 3.12.

Таблица 3.12

Размеры элементов скрепления КБ-65

89

где Na и Nb — номинальные размеры сопрягаемых деталей.

Случайная составляющая δz зависит от допусков охватывающего и охватываемого размеров деталей:

При определении допуска замыкающего звена цепи допуски линейных размеров и погрешности звеньев– зазоров суммируются отдельно. Для получения допуска замыкающего звена с некоторым запасом в качестве погрешности звена–зазора принимают максимальное значение радиального зазора:

1

Zmax = emz + 2 δz.

Допуск замыкающего звена размерной цепи, содержащей звенья–зазоры.

где Кzi — приведенный коэффициент относительного рассеяния расположения деталей в поле зазора. Середина поля рассеивания допуска ширины колеи

где Ci — передаточное отношение i-го звена размерной цепи; αΣ, αi — коэффициент асимметрии рассеивания замыкающего и i-го размера; δΣ, δi — допуск замыкающего и i-го звена цепи.

Для рельсошпальной решетки с железобетонными шпалами и промежуточными рельсовыми скреплениями типа КБ-65 размерная цепь может быть получена из схемы, приведенной на рис. 3.14.

Номинальный размер ширины колеи

i=10

Nø = NÂ1 − NÂ2 − NÂ11 − ∑Ci NÂi , (3.49)

i=3

где NB1 — расстояние между наружными кромками углублений в шпале под подкладками; NB2 = NB11 — отклонения головки рельса от вертикали в расчетном уровне за счет подуклонки; NB3 = NB10 — расстояния от наружной кромки углубления в шпале под подкладкой до оси закладного болта; NB4 = NB9 — расстояния от оси закладного болта до упорной грани ее реборды; NB5 = NB8 — расстояния от оси рельса до упорной грани наружной реборды подкладки; NB6 = NB8 — размеры половины ширины головки рельса, замеренной на уровне изме-

рения ширины колеи.

Размеры B4Z = B9Z , B5Z = B8Z — смещения осей сопрягаемых деталей, т.е. звенья-зазоры, которые могут

быть выбраны при сборке частично или полностью в любом направлении.

Учитывая, что разброс значений δш находится в полосе 6σш, можем определить вероятность получения установленной нормами ширины колеи, используя функцию Лапласа.

где Ф0(Ш) — нормированная функция Лапласа.

Имеющееся у отдельных специалистов дороги мнение о значительном влиянии на увеличение ширины рельсовой колеи несоосности сопряжения осей отверстий под закладные болты шпалы и осей отверстий под закладные болты подкладки, расчетами и измерениями не подтверждается.

Основные размеры в большинстве случаев находятся в пределах норм, а нормативное сопряжение, даже с учетом неблагоприятных сочетаний допусков сопрягаемых элементов, в том числе и закладного болта, влияния на ширину колеи не оказывает (рис. 3.15).

91