777

Л.Н. Степанова

Рис. 6. Локализация сигналов АЭ на развертке котла цистерны

Колесная пара является одним из основных элементов вагона и ее прочность во многом определяет безопасность движения [2–4]. В процессе эксплуатации оси колесных пар кроме вертикальных нагрузок на шейки воспринимают дополнительно разнообразные внешние усилия (боковые удары на гребни колес, тормозное нажатие на колеса, воздействие неисправности пути, рессорного подвешивания и дефектов колес по кругу катания и т.д.). Долговечность осей во многом зависит от величины напряжений и количества циклов их изменения. Эффективность АЭ-контроля во многом определяется характером напряженного состояния и уровнем напряжений, создаваемых в ОК. К основным факторам, влияющим на долговечность колесных пар, относятся наличие термических трещин и других концентраторов напряжений в осях, дефекты колес по кругу катания (раковины, ползуны). Данные факторы могут привести

кперенапряжениям в различных сечениях осей, что связано с зарождением и развитием усталостных трещин на ранней стадии эксплуатации осей. Это ведет

кпреждевременному выходу последних из строя.

В[3] предложен способ АЭ-контроля колесных пар грузового вагона, при котором ПАЭ устанавливаются на диски колес и ось колесной пары. После последовательного приложения вертикальной нагрузки к оси, горизонтальной нагрузки к дискам колес и совместных нагрузок осуществляется локализация

n — число поворотов, определяемых из условия, что деформации в контролируемой зоне колесной пары должны быть не менее 0,87 max, где max — максимальная деформация в наиболее нагруженном сечении колесной пары. Причем местоположение дефекта при повороте колесной пары на угол будет также смещаться на этот угол, а местоположение сигналов от прикладываемой нагрузки будет оставаться неизменным. Кроме того, если при повороте центр

181

Вестник СГУПСа. Выпуск 16

кластера в зоне, где колесо опирается на рельс, смещается на угол поворота, то в этой зоне также находится дефект.

Тензометрирование колесной пары, проводимое для поиска оптимального соотношения между временем контроля и его качеством, позволило определить оптимальный угол поворота, который составил 60°. При таком угле любой случайно расположенный относительно первоначального положения дефект гарантированно попадает в зону наибольших деформаций растяжения.

На рис. 7 приведен пример локализации дефекта при автоматическом контроле колесной пары.

0

Рис. 7. Локализация сигналов АЭ в протоколе испытаний при автоматическом контроле колеснойпары

АЭ-контроль колесных пар показал, что точность локализации сигналов АЭ невысокая в связи с их малой амплитудой и размытым передним фронтом. При автоматическойустановке ПАЭ наколеса захватывается большая зонаконтроля. Поскольку напряжения в колесе при нагружении небольшие, то АЭ-сигнал от дефекта имеет низкую амплитуду и большой путь прохождения до ПАЭ, в результате чего он затухает и имеет размытый передний фронт. Поэтому при контроле колес локализация осуществляется со значительной погрешностью. Попытка повысить точность локализации, увеличив коэффициент усиления канала АЭ-системы СЦАД-16.03 до максимального (К = 250), привела к росту уровня шумов и потока паразитных сигналов. Успешное решение задачи локализации дефектов в колесах при автоматической установке датчиков возможно благодаря использованию более чувствительных ПАЭ.

Литература

1.Диагностика объектов транспорта методом акустической эмиссии / А.Н. Серьезнов, Л.Н. Степанова, В.В. Муравьев и др. М.: Машиностроение, 2004. 367 с.

2.Антипенко Е.И., Висиловский Н.Г., Кельрих М.Б. Оценка эффективности метода акустической эмиссии при техническом диагностировании объектов // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. 2004. № 4. С. 11–14.

3.Патент РФ № 2296320, МПК G 01 N 29/04. Акустико-эмиссионный способ диагностированияколесныхпаржелезнодорожногоподвижногосостава иустройстводляегоосуществления

/Л.Н. Степанова, В.В. Ивлиев, В.В. Муравьев и др. Опубл. 27.03.2007. Бюл. № 9.

4.СтепановаЛ.Н.,КареевА.Е.,КабановС.И.идр.Особенностипреобразованияипередачи информациивраспределенныхакустико-эмиссионныхсистемах//Контроль.Диагностика.2006.

№ 5. С. 31–42.

5.Степанова Л.Н., Ивлиев В.В., Лебедев Е.Ю. и др. Методика акустико-эмиссионного контроля колесных пар грузового вагона // Дефектоскопия. 2007. № 4. С. 67–75.

182

Л.Н. Степанова

6.Ивлиев В.В., Степанова Л.Н., Муравьев В.В. и др. Акустико-эмиссионный контроль колесных пар грузовых вагонов // Контроль. Диагностика. 2007. № 1. С. 15–20.

7.СтепановаЛ.Н.,ТимофеевД.И.,КареевА.Е.идр.Многоканальнаяакустико-эмиссионная система савтоматическим контролемкачества установкидатчиков // Контроль. Диагностика. 2005. № 6. С. 6–15.

8.Степанова Л.Н.,Кареев А.Е. Анализпогрешностей определениякоординат источников сигналов акустической эмиссии для повышения точности их локализации // Контроль.

Диагностика. 2003. № 8. С. 13–18.

9.Степанова Л.Н.,Кареев А.Е. Разработка метода динамическойкластеризации сигналов акустическойэмиссиидляповышенияточностиихлокализации// Контроль.Диагностика.2003.

№6. С. 15–21.

10.СтепановаЛ.Н.,КареевА.Е.Использованиекластерногоанализа дляопределениясвязи сигналаакустическойэмиссиисхарактеромразрушениявметаллическихобразцах// Контроль.

Диагностика. 2005. № 9. С. 18–23.

11.Муравьев В.В., Степанова Л.Н., Кареев А.Е. Оценка степени опасности усталостных трещин при акустико-эмиссионном контроле литых деталей тележки грузового вагона //

Дефектоскопия. 2003. № 1. С. 63–68.

12.Патент РФ № 2299429, МПК G 01N 29/14. Способ контроля качества установки акустическихпреобразователейнаметаллическойконструкциииустройстводляегоосуществления / А.Н. Серьезнов, Л.Н. Степанова, В.В. Муравьев и др. Опубл. 2007. Бюл. № 14.

13.Патент РФ № 2240551, МКИ G 01N 29/04. Способ диагностирования мостовых металлических конструкций и устройство для его осуществления / Л.Н. Степанова, В.В. Муравьев, В.М. Круглов и др. Опубл. 2004. Бюл. № 18.

14.Патент РФ № 2300761, МПК G 01N 29/04. Многоканальное акустико-эмиссионное устройстводляконтроляизделий/ А.Н.Серьезнов,Л.Н.Степанова,В.В.Муравьевидр.Опубл. 2007. Бюл. № 16.

15.Патент№2217741, МКИ G 01N29/04.Многоканальнаяакустико-эмиссионнаясистема диагностикиконструкций /Л.Н. Степанова,А.Н. Серьезнов,В.М. Круглови др.Опубл. 2003.

Бюл. № 33.

16.Муравьев В.В., Степанова Л.Н., Бобров А.Л. и др. Акустико-эмиссионный контроль

котловжелезнодорожныхцистерн//Вмиренеразрушающего контроля.2004.№4(26).С. 69–71.

183

Б.Н. Смоляницкий, Ю.Н. Сырямин

Водоотводящая

труба

Рис. 1. Схема выполнения работпо ликвидациибалластных «мешков»напорными инъекциями с предварительным отводом воды и использованиеммашины ПУМ-65

грунта. По маркетинговым данным строительных компаний США, при строительстве с использованием армированного грунта материальные затраты примерно в два раза ниже, чем в традиционных технологических процессах. Расход бетона снижается примерно в 3,3–3,5 раза, расход металла — в 5,9–9,0 раз. В нашей стране подобные сооружения применяются крайне редко. Это во многом связано с отсутствием доступной информации, а также сертифицированных в России методов расчета этих креплений, собственного оборудования и технологий производства работ.

Сущность нагельного (стержневого) вида крепи грунтового массива заключается в том, что для обеспечения устойчивости крутых откосов или вертикальных стенок котлованов в грунт забивают, вдавливают или устанавливают в готовую скважину на цементно-песчаном растворе стержни (нагели). При этом установлено, что длина погружаемых нагелей должна быть не менее половины высоты закрепляемого откоса, а шаг их расположения — от 0,5 м до 1,5 м. Укрепление армированием основано на возникновении сил трения между частицами грунта и арматурой. Грунт, находящийся в соприкосновении с арматурой, благодаря арочному эффекту передает ей усилия по линиям равных давлений, протянувшимся между соседними стержнями. В результате образуется массивная подпорная (грунтово-арматурная) стена большой собственной массы.

Впервые опытный участок с использованием технологии стержневого крепления был сооружен авторами совместно с сотрудниками НИИОСП им. Н.М. Герсеванова — стенки котлована на выходе проходческого щита коллекторной сети (г. Москва). Армирование грунтового массива выполнялось арматурными стержнями (диаметром 19 мм), находящимися в цементнопесчаной оболочке диаметром 60 мм (для повышения сил трения). На поверх-

167

Вестник СГУПСа. Выпуск 16

ность каждого яруса укладывалась сетка-рабица с последующим торкретированием этой поверхности. Выполнить такую конструкцию крепления оказалось возможным только с применением пневмоударноймашины ПУМ-65,разработан- ной авторами. Наличие у машины свободного торца позволило в данном случае одновременно с извлечением обсадной трубы подавать в скважину цементнопесчаный раствор. Схема устройства и расположения элементов такого «сборного» стержня — нагеля в грунте показана на рис. 2.

Сетка и торкретбетон

Цемент + песок

Арматура

Шайбы

Рис. 2. Схема стержневого крепления грунтового массива

В г. Новосибирске на нескольких объектах (при строительстве метрополитена, укреплении откосов котлованов под здания торговых центров на ул.Восход, ул. Красный проспект и др.) при участии авторов также применена технология стержневогокрепления (рис.3). Отличие этойтехнологиизаключается втом,что в грунт погружался (с использованием также машины ПУМ) только арматурный стержень (диаметры 19…27 мм). Для закрепления поверхности откоса на этих объектах использовались различные способы и материалы: металлические щиты, железобетонные плиты или металлическая сетка с изолирующей синтетической тканью (геотканью).

Рис. 3. Закрепление откоса стержнями на ул. Восход в г. Новосибирске

Опыт, полученный в результате проведенных работ, показывает, что для успешного широкого внедрения технологии нагельного крепления грунта в

168

Б.Н. Смоляницкий, Ю.Н. Сырямин

производство необходимо создание подробных нормативных документов, стандартов. О важности решения этой задачи говорит признание за рубежом проблем армирования грунта в качестве отдельного направления геотехники.

Во всем мире бесстыковой путь является наиболее прогрессивной конструкцией железнодорожного пути и доля его постоянно увеличивается. Полное отсутствие стыков позволяет существенно снизить динамическое воздействие пути на подвижной состав, повысить комфортабельность пассажиров. Известно, что бесстыковой путь имеет сложное напряженно-деформированное состояние, которое определяется не только воздействием сил от колес подвижного состава, но и сил, вызываемых изменениями температурного режима самих рельсов. Например, изменение температуры рельсаР65 на1 °С изменяет продольную силу в немна 41,5 кН [5]. Приповышениитемпературы рельсовых плетейотносительно температуры, прикоторойосуществлялось их крепление к шпалам в них могут возникать сжимающие силы до 1000 кН (зона Западной Сибири), создающие опасность выброса пути. При понижении температуры плети возникает вероятность ее излома и появления опасного для прохода ходового колеса зазора, а при слабой затяжке клеммных и стыковых болтов может произойти разрыв стыка. Это обусловлено возникающими, еще большими по величине, растягивающими силами (до 1700 кН). Угон пути происходит от действия значительных по величине продольных сил, возникающих при прохождении колес подвижного состава, особенно на участках торможения. Эти силы, суммируясь с силами температурной природы, могут вызвать нарушения устойчивости пути. Причем всегда имеется некоторая неравномерность распределения внутренних напряжений по длине плети и участки с большими локальными отклонениями напряжений от расчетных являются очагами последующих нарушений устойчивости пути.

Реологические процессы распределения напряжений в закрепленных рельсах протекают достаточно медленно и при резких изменениях температуры возможна потеря устойчивости пути. Наблюдения [5] показывают, что независимо от длины рельсовых плетей и от способа разрядки напряжений максимальные дополнительные напряжения от неравномерного их распределения вдоль плети составляют около 35∙103 кН/м2.

Очевидно, что перераспределение напряжений сжатия (релаксацию) можно выполнить только ударным методом. Это объясняется тем, что рельс является своего рода стержнем малой жесткости и статически приложенными усилиями его реально можно только растягивать.

При передаче ударного импульса рельсовой плети в ней формируются упругие волны деформаций, которые распространяются вдоль оси рельса со скоростью распространения звука в стали (примерно 5000 м/с), т. е. рельсовая плеть в данном случае является волноводом. Особенностью такой системы-вол- новода является наличие распределенных по длине плети упругофрикционных наложенных связей в виде упругих прокладок под рельсом, защемлений рельса между ребордами подкладок и пр. Эксперименты показывают, что торцевое воздействие с реальной энергией удара может способствовать релаксации напряжений в плети на протяжении, измеряемом сотнями метров. Очевидно, что для эффективного воздействия на рельсовую плеть, длина которой может достигать нескольких километров, необходима ударная система с неторцевым

169

Вестник СГУПСа. Выпуск 16

соударением и передачей энергии удара через зажимной механизм с последовательными перестановками.

Для исследования процесса передачи ударного импульса при неторцевом соударении (произвольном сечении рельса) был использован серийный пневмопробойник ИП-4603А [6], имеющий следующие параметры: масса ударника — 38 кг; диаметр ударника — 130 мм, предударная скорость — 3,4 м/с, энергия единичного удара — 240 Дж. Характеристика рельсовой плети: рельсы типа Р65, длина 485 м, скрепление типа КБ, подрельсовые прокладки — из резинокорда.

Эксперименты показали, что волны деформаций, возникшие в контактном сечении рельса, распространяются по нему одновременно в обе стороны от места возникновения. Причем по направлению удара в плети распространяется волна напряжений (деформаций) сжатия, а в противоположную сторону — волна напряжений растяжения.

Вэтом случае энергия ударного импульса как бы раздваивается, кроме этого имеются потери энергии и в зажимном механизме. Установлено, что для прохождения ударного импульса по плети (на расстояние до 150 м) энергия удара, достаточная для перераспределения напряжений, должна быть не менее 1500 Дж. Если плеть вывесить на роликоопоры либо установить на антифрикционные подкладки, протяженность рабочей зоны увеличивается примерно в два раза. Исследования показали, что ударное воздействие приводит к снижению напряжений в рельсовой плети в среднем на 60 %. При рассмотрении изменения напряженно-деформированного состояния рельсовой плети по длине при прохождении по ней ударного импульса без учета и с учетом сил трения (от взаимодействия с подкладками) установлено, что энергия импульса уменьшается на величину работы сил трения. Установлена длина участка, на котором происходит затухание ударной волны. Определяющее значение при этом имеют величины погонного сопротивления, погонного веса рельса и скорости распространения ударной волны. Важно, что смещения поперечных сечений от воздействия ударного импульса распределяются равномерно.

Вразработанном по результатам исследований технологическом процессе [7], при наличии участка с локальными изменениями расчетного напряженного состояния, проводится комплекс работ с применением разработанного ударного устройства. Величина рассчитанной силы удара, с учетом создания в рельсовой плети двух волн деформации разного знака, достаточна, чтобы наблюдался эффект релаксации напряжений на длине порядка 50 м.

Еслина рассматриваемом контрольном участке рельса длиной100 м отмечено его укорочение (суммарное смещение контрольных сечений относительно отметки на «маячной» шпале внутрь участка на величину более 10 мм), необходимо произвести перераспределение сжимающих напряжений в прилегающие к этому участку зоны рельсовой плети. Работы должны производиться при температуре плетей, равной или меньшей температуре их закрепления к шпалам.

Для проведения релаксации напряжений ударное устройство устанавливается в середине контрольного участка и, в направлении удара, на расстояние 80 м гайки клеммных болтов ослабляются на 2–3 оборота. После нанесения 8–10 ударов ударное устройство перемещается в сторону раскрепления плети на расстояние 25 м и гайки клеммных болтов на пройденном участке затягиваются

170

Б.Н. Смоляницкий, Ю.Н. Сырямин

номинальным моментом 150 Нм. Опять наносится 8–10 ударов с последующим перемещением ударного устройства на 25 м и закреплением гаек клеммных болтов пройденного участка. Далее последовательность операций в процессе циклично повторяется. Если после 2-го шага (50 м пройденного расстояния) по риске на рельсе у «маячной» шпалы не будет отмечен эффект релаксации, дополнительно раскрепляется (ослабляются на 2–3 оборота гайки клеммных болтов) еще 50 м плети по направлению удара и циклический процесс релаксации повторяется.

Движение «фронта» работ в рассматриваемом направлении заканчивается, если смещение риски на рельсе в зоне набегающей «маячной» шпалы не будет превышать 3 мм. После этого «фронт» работ возвращается в исходное положение, ударное устройство разворачивается на 180° и технологический процесс продолжается в той же, как и ранее, последовательности операций, только в другом направлении. В «пробитом» таким способом участке рельсовой плети происходит контролируемое перераспределение напряжений, накопившихся в ходе эксплуатации пути. Завершающей операцией работ на данном участке является сплошная протяжка всех гаек клеммных болтов моментом 200 Н∙м и закладных — моментом 150 Н∙м.

При отсутствии эффекта смещения поперечных сечений от ударного воздействия необходимо провести работы в той же последовательности, но с полным раскреплением клеммных гаек и вывешиванием участка плети на роликоопоры (каждая 5-я шпала).

Наиболее эффективно проведение работ с ударным воздействием при точно известной границе участков с растягивающими и сжимающими напряжениями. Такую границу можно определить после анализа смещений контрольных рисок на «маячных» шпалах. При условии определения такой границы, на 100 м в обе стороны от нее раскрепляется плеть. Ударное устройство устанавливается на отметке («границе») с направлением удара в сторону растягивающих напряжений. После нанесения серии из 15–20 ударов контролируется смещения контрольных рисок. При наличии эффекта смещения сечений рельса серия ударов повторяется. При отсутствии заметных смещений необходимо проводить эти работы с вывешиванием плети на роликоопоры либо с установкой антифрикционных прокладок.

Таким образом, разработки кафедры последних лет по созданию новых машин позволяют производству внедрить конкурентоспособные новые технологические процессы, экономящие трудовые и материальные ресурсы.

Литература

1.Пневматическиемашиныударногодействиядляпроходкискважинишпуров/Н.Н.Есин, А.Д. Костылев, К.С. Гурков,Б.Н. Смоляницкий. Новосибирск, 1986.

2.СмоляницкийБ.Н.,ГерберА.Р.,СыряминЮ.Н. Применение пневмоударныхмашиндля леченияземляного полотна железных дорог// Совершенствованиемашин длястроительных и

путевых работ: Сб. науч. тр. Новосибирск: Изд-во СГУПСа, 2001. С. 45–62.

3.КагановГ.М.,ЕвдокимоваИ.М.Армированныйгрунтвгидротехническомстроительстве/ Обзорн. информация. Сер. «Строительные конструкции и материалы». Вып. 3. М., 1996. 61 с.

4.КрицкийМ.Я.,Сырямин Ю.Н.,Смоляницкий Б.Н.,Скоркин Н.Ф.Комплексмобильных машинимеханизмовдля упрочненияи армированиягрунтов//Сб.тр.Междунар.науч.-практ. конф. «Опыт строительства и реконструкции зданий и сооружений на слабых грунтах».

Архангельск, 2003. С. 73–78.

171

Вестник СГУПСа. Выпуск 16

5.НоваковичВ.И.Бесстыковойжелезнодорожный путьсрельсовымиплетями неограниченной длины. Львов, 1984. 100 с.

6.Пневмопробойники / А.Д. Костылев, К.С. Гурков, К.К. Тупицын, В.Д. Плавских, В.В. Климашко, Б.Н. Смоляницкий. ИГД СО АН СССР. Новосибирск, 1990.

7.Грищенко В.А.,Коломеец Р.Г.,Сырямин Ю.Н.,Смоляницкий Б.Н.Техническиесредства для вводарельсовыхплетейбесстыковогопутиврасчетныйрежимэксплуатации//Повышение эффективности работы пути с безстыковыми плетямии длиннымирельсами в условиях Сибири

иКазахстана: Межвуз. сб. науч. тр. Новосибирск, 1987.

172

Н.Д. Артеменок

Артеменок Николай Дмитриевич родился в 1937 г., в 1960 г.

окончил НИСИ им. В.В. Куйбышева. Его трудовой стаж в НИИЖТе— СГУПСе—36лет. Накафедре «Гидравлика,водоснабжение, водные ресурсы и экология» работает с 1971 г., с 1980 г. является ее заведующим,доктортехническихнаук,профессор.Занимаетсявопросами подготовки питьевой воды из поверхностныхи подземных источниковс1966г.Имопубликовано108научныхиучебно-методи- ческихтрудов.НагражденПочетнойграмотойМПС,знаком«Почетный железнодорожник»,являетсядействительнымчленомАкадемииЖКХ РФ,заслуженнымработникомжилищно-коммунальногохозяйства.

УДК 378.1:930.24

Н.Д. АРТЕМЕНОК

ИСТОРИЯ, ДОСТИЖЕНИЯ — ЭТО ЛЮДИ

Одна из старейших кафедр нашего университета — кафедра «Гидравлика, водоснабжение, водные ресурсы и экология» — принимает активное участие в жизни факультета ПГС и университета. Обладая большим квалификационным потенциалом, оказывает постоянную поддержку и помощь своим выпускникам и производству.

Впреддверии юбилея университета хотелось бы рассказать о старейшем коллективе НИВИТа—НИИЖТа—СГАПС—СГУПСа — о кафедре «Гидравлика, водоснабжение, водные ресурсы и экология». Организованная в 1943 г. кафедра «Гидравлика» долгое время являлась общетехнической кафедрой для всех факультетов института.

В1968 г. в институте открылась новая специальность «Водоснабжение и водоотведение», и кафедра стала выпускающей. Пришлось осваивать целый комплекс новых дисциплин и расширять штат преподавателей. А в 1998 г. при кафедре была открыта вторая специальность — «Комплексное использование и охрана водных ресурсов». Нашему коллективу поручили преподавание всего блока дисциплин по экологическому направлению. В настоящее время учебную работу преподаватели кафедры проводят на факультетах промышленного и гражданского строительства, мостов и тоннелей, строительства железных дорог, управления процессами перевозок, мировой экономики и права, инженерноэкономическом факультете, а также на заочном. Работаем мы и в Институте повышения квалификации нашего университета. Курсовое и дипломное проектирование ведем по специальностям «Водоснабжение и водоотведение» и «Комплексное использование и охрана водных ресурсов», руководим производственными, учебными и преддипломными практиками. Общий объем учебной нагрузки преподавателей кафедры составляет до 13,5 тыс. ч в год. У нас три учебных лаборатории: гидравлики, водоснабжения и водоотведения. При необходимости мы можем проводить практические занятия и в лабораториях отдела охраны окружающей среды Зап.-Сиб. ж. д., городского отдела охраны природы и Горводоканала Новосибирска. Учебный процесс полностью обеспечен учебнометодической литературой, наглядными пособиями, программами расчетов на ПВМ.

Длинный (и не всегда легкий) путь прошла кафедра со дня своего основания, были на нем и свершения, и победы, и разочарования. Но что такое наша

155