777

Н.И.Антоновидр.

Вцелом удовлетворительное техническое состояние имели и подрельсовые прокладки ЦП-143 (из узла КНУ-65) и ЦП-318 (из узла КН-65), которые были установлены по рекомендации ЦП ОАО «РЖД», хотя по проекту СГУПСа там предполагалось использование резинополимерных армированных подрельсовых прокладок, поставленных ООО «Союзспецмаш».

Отметим, что при испытании в аналогичных условиях скреплений КБ-65 в двух узлах разрушились 15 нашпальных прокладок ЦП-328 из резин различных марок. Наряду с повреждениями нашпальных прокладок в процессе испытаний последовательно произошло шесть усталостных разрушений закладных болтов М22 175 , атакже имелиместо сильные повреждения полимерных изолирующих втулок и разрушение одной двухвитковой шайбы.

В2003 г. во ВНИИЖТе проведены аналогичные лабораторные испытания скреплений КН-65 и КНУ-65 — результаты также положительные. В настоящее время ведутся научная дискуссия и исследования по применению шурупнодюбельных скреплений для железобетонных шпал, такие конструкции нашли широкое распространение на зарубежных железных дорогах. Поэтому в 2005– 2006 гг. СГУПСом по заданию Департамента технической политики ОАО «РЖД» были разработаны и испытаны шурупно-дюбельные скрепления КН-65 ШД (рис. 7) и КНУ-65 ШД. Разработана и утверждена ЦП документация на опытные образцы. Проведены их лабораторные испытания, и опытная партия шпал со скреплениями КН-65 ШД уложена на Западно-Сибирской железной дороге.

Рис. 7. Скрепление КН-65 ШД:

1 — подрельсовая прокладка; 2 — подкладка металлическая; 3 — нашпальная прокладка; 4 — шуруп путевой; 5 — пружинная прутковая клемма; 6 — скоба прижимная; 7 — дюбель

Опытные партии скреплений КН-65 изготавливаются Горновском заводом спецжелезобетона с 2000 г., тогда же организованы полигонные испытания на Экспериментальном кольце ВНИИЖТа и эксплуатационные наблюдения на различных участках Западно-Сибирской железной дороги.

С 2002 г. скрепление КН-65 проходило полигонные испытания на Экспериментальном кольце ВНИИЖТа, сначала в прямом участке, а затем в кривой с радиусом 400 м. К осени 2006 г. на участке со скреплением КН-65 в кривой с

7 1

Вестник СГУПСа. Выпуск 16

радиусом 400 м пропущено 500 млн т бр. Скрепления находятся в хорошем состоянии. Во всех испытаниях, как в прямой, так и в кривой, не вышла из строя ни одна нашпальная прокладка. Ширина колеи находится в пределах допусков, прижатие рельсов к шпалам стабильно, угон пути отсутствует, рельсовые цепи работают безотказно. Наблюдения показали, что вблизи стыков в некоторых подкладках появились трешины, проходящие через болтовые отверстия в местах резкого изменения толщины подкладки. Однако даже при наличии трещин в подкладках нашпальные и подрельсовые прокладки сохранили целостность и не наступало недопустимого уширения колеи и выхода из строя шпал. Дальнейшие испытания на этом участке прекращены в связи с капитальным ремонтом.

С 2003 г. скрепления КНУ-65 проходят ресурсные испытания на Экспериментальном кольце ВНИИЖТа в г. Щербинка в кривой радиусом 400 м. По кольцу обращается грузовой состав массой 10 000 т со скоростью 70 км/ч. Нагрузка на оси составляет 27–30 т. На октябрь 2007 г. по пути с этими скреплениями пропущено 1 млрд 158 млн т брутто груза. Наблюдения (табл. 2) свидетельствуют о том, что за все время испытаний практически не было выхода деталей, ширина колеисохраняется лучше, чем придругих испытываемых видах скреплений. Таким образом, можно констатировать, что на текущий момент эти скрепления являются лучшими в мире для сложных условий эксплуатации, так как анализ литературных источников не выявил аналогичных испытаний такой продолжительности в зарубежных испытательных центрах.

Сравнительные результаты испытаний различных видов скреплений на Экспериментальном кольце ВНИИЖТа (г. Щербинка) приведены в табл. 2.

Таблица 2

Сравнительные эксплуатационные характеристики скреплений при испытаниях на Экспериментальном кольце в кривой R = 400 м после пропуска 800 млн т брутто

Из анализа результатов очевидны преимущества скреплений КНУ-65 как по выходу деталей скреплений, так и по удержанию ширины колеи.

Относительное уширение колеи при испытаниях различных видов скреплений на Экспериментальном кольце ВНИИЖТа в кривой радиусом 400 м приведено в табл. 3.

Анализируя результаты полигонных испытаний, необходимо обратить внимание на то, что при замене вышедших из строя деталей при их большом количестве проводится и регулировка ширины колеи. По данным табл. 3 видно, что практически при всех измерениях лучшие результаты были для пути со скреплениями КН-65 и КНУ-65. Близка к ним ширина колеи при скреплениях ЖБР-65 с боковыми полимерными упорами (без прокладок под упорами). Отметим, что ширина колеи является одним из определяющих факторов при динамическом взаимодействии пути и подвижного состава.

7 2

Н.И.Антоновидр.

К 2007 г. на Западно-Сибирской железной дороге было уложено 126 км пути со скреплением КН-65, в том числе на Cреднесибирском и Транссибирском направлениях.

На опытных участках, уложенных на Западно-Сибирской дороге со скреплением КН-65, наблюдения проводились совместно с путеобследовательской станцией ПС-1 (г. Новосибирск, начальник Н.А. Кривошеев). Получены данные, свидетельствующие о хорошем состоянии пути. Ширина колеи находится в пределах допуска, прижатие рельсов к шпалам стабильное, угона пути нет, рельсовые цепиработают безотказно. Завремя наблюденийс 1999 г. практически не было выхода подрельсовых и нашпальных резинополимерных прокладок, поставляемых ООО «Союзспецмаш» (г. Барнаул).

Горновский завод может поставлять дорогам шпалы в комплекте со скреплениями перечисленных типов, причем большинство деталей скреплений завод изготавливаетсамостоятельно.

Сборка рельсошпальной решетки на базах ПМС с новым скреплением производится значительно быстрее, чем при скреплениях КБ-65 и ЖБР-65, так как шпалы укомплектованы скреплениями на заводе почти полностью: перед установкой рельсов нужно уложить резиновые подрельсовые прокладки и сдвинуть клеммы из монтажного положения в рабочее на подошву рельса.

Технология замены инвентарных рельсов на бесстыковые плети полностью отработана и занимает меньше времени, чем при скреплениях КБ-65. Прутковые клеммы в данном случае не снимаются, а после ослабления закладных болтов сдвигаются на реборды подкладок. После установки бесстыковые плети легким ударом молотка сдвигаются на подошву рельса и болты затягиваются моторным гайковертом.

Сейчас скрепление КН-65 находится на завершающем этапе сертификации и в дальнейшем получит широкое внедрение, заменяя типовое скрепление КБ-65.

Разработаны и утверждены в ЦП ОАО «РЖД» следующие нормативные документы:

—«Скрепление рельсовое КН-65. Инструкция по монтажу, пуску, регулированию и обкатке изделий. ОП 530.000 ИМ», утв. ЦП в 2003 г.;

—«Технические указания по укладке, эксплуатации иремонту бесстыкового пути со скреплениями КН-65», утв. ЦП в 2005 г.;

—«Технические условия на опытный образец скрепления КН-65 ШД и железобетонную шпалу», утв. ЦП в 2005 г.;

—«Технические условия на опытный образец скрепления КНУ-65 ШД и железобетонную шпалу», утв. ЦП в 2006 г.;

—«Технические условия. Подкладки КН», утв. ЦП в 2006 г.;

7 3

Вестник СГУПСа. Выпуск 16

—«Технические условия. Клеммы пружинные КН, КНУ», утв. ЦП в 2006 г.;

—«Технические указания на укладку и эксплуатацию бесстыкового пути с подкладочным рельсовым скреплением КН-65 на малогабаритных рамах в тоннелях», утв. ЦП в 2007 г.

В 2006 г. комиссия ЦП ОАО «РЖД» признала скрепление КН-65 выдержавшим приемочные испытания. Конструкторской документации присвоена литера

«А».

В 2007г. проведенокомиссионноеобследованиеучастковпутисоскреплением КН-65 на Западно-Сибирской железной дороге. Комиссия ЦП ОАО «РЖД» на основании анализа материалов эксплуатационных, полигонных испытаний скрепления сделала вывод, что оно является надежной, стабильной в эксплуатации и весьма технологичной при производстве путевых работ конструкцией. Западно-Сибирской железной дороге поручено подготовить предложения для ЦП ОАО «РЖД» по освоению массового производства этого скрепления для укладки в различных эксплуатационных условиях.

Анкерное бесподкладочное скрепление ГС-65 по патенту на изобретение № 2230146 с приоритетом от 04.10. 2001 г.

Скрепление ГС-65 (рис. 8) содержит два анкера 1, жестко установленных в основании, причем каждый из них выполнен в виде пластины с вырезом в виде ласточкина хвоста в верхней части и выступом такой же формы в нижней части, в средней части пластины имеется отверстие, в котором жестко закреплен стержень 2, соединяющий оба анкера, установленный в вырезе клеммный болт 3 с пружинной клеммой 4, шайбой 5, гайкой 6, причем клемма выполнена из прутка и имеет П-образную форму с отогнутыми внутрь и к полке концами, изолирующий нарельсовый элемент 8, имеющий С-образное поперечное сечение

исмонтированный между полкойклеммы иподошвойрельса, изолятор нашпальный 7, выполненный в виде короба, охватывающего анкер, и примыкающего к нему хвостовика, на котором размещены ветви клеммы. Нашпальный изолятор 7 инарельсовыйизолирующийэлемент 8 выполнены из полимерных материалов. Между подошвой рельса и основанием расположена амортизирующая и электроизолирующая прокладка 9.

Прогнозируемая стоимость скрепления ГС-65 непревышает75 %от стоимости скрепления КБ-65. Горновский завод способен изготавливать все детали этого скрепления, за исключением подрельсовой прокладки.

Скрепление технологично при сборке рельсошпальной решетки и замене рельсовых плетей на перегонах. Обеспечивает надежность и стабильность параметроврельсовой колеизасчет фиксированного положения подошвы рельса

изначительной упругости прокладок и клемм. Обеспечивает регулировку по высоте на 15–20 мм. Увеличивает межремонтный период до 1,5 млрд т брутто, позволяет менять рельсы без снятия рельсошпальной решетки.

Скрепление ГС-65 уложено в путь и проходит испытания на ЗападноСибирской железной дороге с 2001 г. Результаты положительные. В настоящее время Департаментом пути подготовлена и утверждена конструкторская документация на выпуск опытно-промышленной партии этих скреплений.

7 4

Н.И.Антоновидр.

Рис. 8. Скрепление ГС-65: 1 — анкер; 2 — стержень; 3 — болт клеммный; 4 — упругая прутковая клемма; 5 — прижимная шайба; 6 — гайка; 7 — изолятор нашпальный; 8 — изоляторнарельсовый; 9— упругаяподрельсовая прокладка

Безрезьбовое анкерное клиновое скрепление БАКС по патенту на полезную модель № 60085 от 29.08.2006 г.

Скрепление БАКС (рис. 9) содержит анкер 1 с хвостовиками, -образную прижимную клемму 4, промежуточный элемент в виде клина6, изолятор 3между боковой гранью подошвы рельса и анкером, амортизирующую подрельсовую прокладку 5. Каждый конец анкера имеет пару прямоугольных стоек с отверстиями, в которые заведены крюкообразные концы клеммы. Промежуточный элемент 6, выполненный из электроизолирующего материала, имеет желоб для фиксации прижимного участка клеммы. Изолятор 3 выполнен в виде пластины с ограничительными выступами по краям для предотвращения продольного смещения при эксплуатации. Установленные в железобетонном основании концы анкера 1 содержат хвостовики и жестко связаны между собой с помощью стержня 2.

Рис. 9. Скрепление БАКС: 1 — анкер; 2 — стержень; 3 — изолятор торцовый; 4 — упругая прутковаяклемма; 5— упругаяподрельсовая прокладка;6 —клин изолирующий

7 5

Вестник СГУПСа. Выпуск 16

Разработка надежного безрезьбового промежуточного скрепления с упругими клеммами является одной из перспективных задач дальнейшего развития конструкций рельсовых скреплений. Скрепления такого класса обладают очень высокими технико-экономическими эксплуатационными показателями.

Таким образом, можно констатировать, что в результате многолетней совместной работы СГУПСа и Горновского завода спецжелезобетона разработана и прошла всесторонние испытания серия скреплений для бесстыкового пути, эксплуатируемого в сложных условиях Сибири и Дальнего Востока, и для скоростного движения. В настоящее время скрепления КН-65 приняты и для использования в тоннелях и намостах с балластным мостовым полотном, а также для пути на малогабаритных рамах.

Широкое распространение в Сибири бесстыкового пути с современными высоконадежными российскими скреплениями с упругими клеммами, технический уровень которых соответствует лучшим зарубежным разработкам, а в ряде случаев превышает их, не за горами.

7 6

Вестник СГУПСа. Выпуск 16

Карпущенко Николай Иванович родился в 1936 г. В 1960 г.

окончилсотличиемфакультетСЖДНИИЖТа,в1960–1963гг.работал в Называевской и Входнинской дистанциях пути ЗСЖД дорожным мастером,заместителемначальникадистанциипути,1963–1966гг.— аспирантНИИЖТа (научныйруководительВ.Г.Альбрехт),кандидат техническихнаук(1967г.),доцент(1969г.).1981–2001гг.,азатемс 2003 г.—заведующийкафедрой«Путьипутевоехозяйство»СГУПСа, доктортехническихнаук(1985г.),профессор,почетныйжелезнодорожник(1986г.),академикРоссийскойакадемиитранспорта(1991г.), заслуженныйдеятельнаукиРФ(2004г.).Областьнаучныхинтересов: надежностьпути,совершенствованиерельсовыхскреплений,взаимодействиепутииподвижногосостава.Авторболее200научныхработ.

УДК 625.14

Н.И. КАРПУЩЕНКО

ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ КОНСТРУКЦИИ ВЕРХНЕГО СТРОЕНИЯ ПУТИ

В статье рассмотрена история развития конструкции бесстыкового пути в СССР и РФ, роль ученых НИВИТа—НИИЖТа—СГУПСа в решении этого вопроса, а также вопросов совершенствования конструкции промежуточных рельсовых скреплений для сложных условий эксплуатации.

Путь — базовый элемент инфраструктуры железнодорожного транспорта. Затраты наего устройство итехническое обслуживание зависят от трех основных факторов: уровня воздействия подвижного состава; соответствия конструкции условиям эксплуатации; качества материалов верхнего строения (ВСП), качества ремонтов и текущего содержания. Поэтому одной из основных приоритетных задач управления путевым комплексом является создание такой конструкции пути, которая обеспечивает минимум упомянутых совокупных затрат при обеспечении безопасности движения поездов.

Содной стороны, конструкция должна быть достаточно надежной и долговременно стабильной, чтобы расходы на промежуточные ремонты и текущее содержание не были велики. С другой стороны, ее мощность и расходы на устройство не должны быть избыточными. Решение этой задачи включает в себя типизацию элементов ВСП и конструкций пути в целом в зависимости от условий эксплуатации.

Свведением в действие приказа МПС № 12Ц от 16.08.94 и «Положения о системе ведения путевого хозяйства на железных дорогах РФ» [1] дифференциация конструкций ВСП уменьшилась. «Технические условия на работы по ремонту и планово-предупредительной выправке пути» от 2003 г. (ЦПТ-53) [2] предписывают на всех главных и приемоотправочных путях 1–4-х классов укладывать новые или старогодные рельсы типа Р65. Эпюра шпал на путях 1– 3-х классов одинаковая, род балласта — также. В качестве основного принят бесстыковой путь на железобетонных шпалах.

Применение бесстыкового пути в СССР по сравнению с зарубежными странами было связано с рядом особенностей: как правило, значительные амплитуды температурных колебаний рельсов (до 115 °С и более), большие осевые нагрузки массового вида экипажей-полувагонов и цистерн, наибольшие

вмире абсолютные перевозки пылящих грузов (угля, руды и т.д.), при которых

4 2

Н.И. Карпущенко

полностью используется грузоподьемность вагонов и интенсивно засоряется балластный слой.

На наших дорогах до 50-х гг. применялись скрепления костыльного типа и относительно легкие рельсы (до 1956 г. самыми тяжелыми были рельсы Р50). Вышеуказанные климатические, эксплуатационные и хозяйственные особенности заставили практических и научных работников путевого хозяйства искать оригинальные методы решения проблемы применения бесстыкового пути [3].

После Великой Отечественной войны 1941–1945 гг. практическая укладка и исследования в области бесстыкового пути в значительной мере были связаны с деятельностью М.С. Боченкова.

Михаил Боченков еще будучи студентом НИИЖТа начал исследования работы железнодорожного пути в районах с суровыми климатическими условиями и высокой грузонапряженностью. В период дипломного проектирования М.С. Боченков разработал оригинальную конструкцию бесстыкового пути с непрерывной (автоматической) разрядкой температурных напряжений, а также технологию его укладки.

Такой путь был уложен в 1949 г. на станции Инская. Итоги двухлетней эксплуатациибесстыкового путитакой конструкциибыли доложены в ЦП МПС. После этого было дано разрешение на укладку бесстыкового пути М.С. Боченкова на главном пути, что и было осуществлено в 1951 г. на перегоне Инская— Издревая.

На этом участке были проведены исследования по установлению работоспособности конструкции, определению угона рельсов по опорам, продольных сил, возникающих при проходе по рельсам подвижного состава. М.С. Боченковым впервые установлено влияние продольной жесткости пути на величину угона рельсов [3, 4].

Положительные результаты исследований бесстыкового пути на опытных участках бывшей Томской дороги, а также стремление производить эксперименты вблизи большого промышленного и научного центра — Москвы послужили основанием для укладки (с 1954 г.) бесстыкового пути с автоматической разрядкой температурных напряжений на участке Московско-Курской дистанции пути.

М.С. Боченков был назначен зам. начальника Московско-Курской дистанции пути по опытным работам.

Плети в бесстыковом пути с непрерывной разрядкой температурных напряжений соединялись друг с другом при помощи уравнительных приборов, так как температурные перемещения каждого конца составляли 50–60 см и более.

В бесстыковом пути с непрерывной разрядкой температурных напряжений рельсовые плети лежали на подкладках практически свободно и при проходе поезда плеть угоняло на величину до 15–20 мм. Поэтому середина плети при помощи пружин соединялась с противоугонным основанием. В момент прохода поезда при продольном смещении рельсов пружины сжимались и давали возможность реализоваться угону. После ухода поезда свободная от колесной нагрузки рельсовая плеть возвращалась пружинами в первоначальное положение. Пружины с одной стороны прикреплялись к подошве рельса, а с другой — упирались в стояки ростверка железобетонного фундамента, установленного в земляном полотне, или в коромысло вала и фундамент при противоугонном устройстве торсионного типа.

4 3

Вестник СГУПСа. Выпуск 16

В техническом отношении недостатком этой конструкции явилась необходимость наличия возвращающего устройства и уравнительных приборов. Однако эти два элемента создают неоднородность пути и являются неблагоприятными в отношении безопасности движения поездов. Специалисты, занимавшиеся проблемами бесстыкового пути, понимали, что указанные узлы нуждались в улучшении и до их отработки нецелесообразно было переходить к массовой укладке бесстыкового пути этого типа.

Коллективными усилиями научных работников лаборатории бесстыкового пути ВНИИЖТа, вузов, а также производственников был создан в СССР

бесстыковой путь температурно-напряженного типа, принципиально отличающийся от применяемого за рубежом. Плети бесстыкового пути температурнонапряженного типа на наших дорогах имеют длину 800 м. Первоначально плети соединяли друг с другом (как это имело место за границей) с помощью уравнительных приборов острякового типа. М.С. Боченков одним из первых установил, что температурные деформации плетей в течение года не превышают 25–30 мм, и пришел к выводу о целесообразности соединения плетей не при помощи уравнительных приборов, а уравнительных рельсов с болтовыми стыками. Соединение плетей при помощи комплекта уравнительных рельсов проще, дешевле, а главное — надежнее уравнительных приборов. Такой способ соединения плетей позволяет делать разрядку температурных напряжений в любое время, в любых производственных ситуациях, при разнице температур укладкии разрядкидо 40 °С. Для отечественных дорог обеспечение возможности прилюбых условиях выполнять путевые работы, требующие снятия температурных напряжений, являлось очень важным. Поэтому способ соединения плетей при помощи уравнительных рельсов был принят на наших дорогах как типовой.

Диапазон научных интересов М.С. Боченкова был широк и охватывал исследования по работе длинных рельсов, угону пути, разработку нормативов по закреплению пути и др.

При выборе длины плетей полагали, что незначительное число стыков, остающихся в пути при плетях 800 м, не будет существенно влиять на работу бесстыкового пути, а также исходили из наиболее распространенной длины приемоотправочных путей (850 м).

Стремление улучшить работу бесстыкового пути побудило производственников укладывать плети бесстыкового пути свыше нормативной длины (длиной 800–950 м). Реализация увеличения длины плетей сверх нормативной была технически осуществимой и экономически выгодной при применении способа ликвидации мест излома плетей при помощи электроконтактной сварки машинами ПРСМ — методом предварительного изгиба плети [5].

Еще в 2000 г. годовой прирост полигона бесстыкового пути на сети дорог России достиг 2,81 тыс. км. В последующие годы он колебался от 3,14 до 3,76 тыс. км в год (рис. 1). К 01.01.06 протяженность этойконструкции достигла 63,17 тыс. км, что составило 51,6 % длины главных путей.

Полигон бесстыкового пути в последние годы, в том числе и в 2006 г., расширялся преимущественно за счет северных территорий европейской части России, а также Сибири и Дальнего Востока.

4 4

Н.И. Карпущенко

Рис. 1. Прирост протяженности бесстыкового пути

Наиболее слабым местом бесстыкового пути, где наблюдается его быстрое расстройство, повышенный выход рельсов, элементов промежуточных скреплений, шпал, образование выплесков, являются уравнительные пролеты и примыкающие к ним «дышащие» участки плетей. Длина «дышащего» участка плети при содержании пути в соответствии с существующими требованиями в европейской части России не должна превышать 50–60 м, а на дорогах Сибири и Дальнего Востока — 80–90 м. Однако в реальных условиях она может достигать соответственно 70–90 м и 120–150 м. Это объясняется не только быстрым расстройством стыковых и промежуточных скреплений, интенсивным выходом подрельсовых и нашпальных прокладок в зоне уравнительных пролетов и на подвижных участках плетей, но и большими суточными и годовыми амплитудами температуры рельсов [6].

Все это подтверждает опыт эксплуатации. Выход рельсов из строя в зонах уравнительных пролетов в расчете на 1 км в 10–12 раз выше, чем на 1 км плетей. Интенсивность ослабления скреплений, повреждение амортизирующих прокладок, излом подкладок в 2,0–2,2 раза, а в самих стыках в 5–7 раз больше. Выплески появляются примерно в 3 раза быстрее. В целом затраты труда на текущее содержание указанных зон и концов плетей при их протяженности 12– 15 % составляют в разных условиях от 40 до 70 %, что на единицу длины в 4– 12 раз больше, чем на плетях [7].

И еще один показатель. Доля сходов порожних вагонов в кривых участках бесстыкового пути в период 1999–2006 гг. составила 6 % при средней доле его протяженности на сети дорог в этот период 37 %, т.е. на единицу длины сходы случались в 10 раз реже по сравнению со звеньевым путем на деревянных шпалах.

Кардинальное решение проблемы — увеличение длины плетей. Однако все уравнительные пролеты сразу не ликвидируешь, да и не везде это пока

4 5