автореферат диссертации по транспорту, 05.22.06, диссертация на тему:Электроизолирующий рельсовый стык с полимерными накладками

.Пи О Л

М ПС РФ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ' ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ ( ШИТ )

На правах рукописи

АТАНАСОВ СВЕТОМИР АТАНАСОВ

УДК 625.143.42:621.315.61

ЭЛЕКТРОИЗОЛИРУЩИЛ РЕЛЬСОВЫЙ СТШ С ПОЛИМЕРНЫМИ НАКЛАДКИ

Специальность 05.22.06 - Железнодорожный путь

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1933

Работа выложена в Московском государственной уг«?чре:;-:л£5л путей сообщения ( МИИТ ) и в Реецублике Болгария.

Научный руководитель - доктор технических наук,

профгссоо КЛИКОВ С.И. Официальные оппоненты - доктор техтшчеемх наук,

профессор 1СР£|1гЖ ЗЛ. кандидат технических наук, доц-кт сетсз С.Ф. Ведущая организация - ВНИИЕТ

Защита состоится " -41 " 1993 года

—^ р

в час. у" мин. на заседании специализированного соезтй

Д 114.05.03 при Московском государственном университета путей сообщения (ШИТ) по адресу: 101475 ГСП, Москва А-55, ул. Образцова, 15, ауд.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университз-

та.

Автореферат разослан "

Л* М&СЬМ 1993 года.. Отзыв на автореферат т: дзух экзематлрах, заверенный печать*, просим направлять по адресу совета университета.

Ученый секретарь

специализированного совета -—

Д 114.05.03, профессор ^р^Л^т5.ВОРОБЬЕВ

)

ощ\я вр/ос'гпжза работы

Актуальность теш. В условии рыночной экономики и острой ксшсур'шции всех видоз транспорта пород железнодорожным транспортом поставлена з&дача обеспечения более полного и своевременного удовлетворения потребностей хозяйства и населения в перевозах, ускорения доставки грузов к передвижения пассажиров на основе существенного повыеонпя модности и качества работы всей ^транспортной систем Республики Болгария.

С какдьм годом на келезнодорокном транспорте расширяется шедренне современных средств автоматики и телемеханики: автоблокировка, автоматической лококотишой сигнализации, диспетчерской и электрической централизации, устройств переездной сигнализации, интенсивно используется автоматика на сортировочных горках. О? иадожости работы этих систем во шогом зависят ритм перевозок и безопасность движения поездов. Основой всех перечисленных систем являются рельсовые цеш с электроизолирущими сты-каш.

Отчествущив конструкции изолирукцгас стыков дорог Республики Болгария, основную часть которых (60$ или 40 тыс. стыков) составляют сборныз с деревянными на гладка кг, современным требованиям эгмплуатации не отвечают. Они не обеспечивав! в долнной степени надежности работы снстеш автоблокировки. Из всех нарупений в работе рельсогасс цепей на долю отказов изаяирупцих стыков приходится около 40$, что приводит к перерывам в движении поездов, а такяе снижает уровень безопасности эксплуатации.

Клееболтовой изолирухций стык с металлическими накладками, широко применяемый на ж.д. России и стран СНГ, а такке в Республике Болгарии и др. странах требует специальных металлических накладок уменьшенного размера (по сравнению с типовыми металличе-

скими накладками электропроводящего стыка), в случае выхода из строя клеевого шва имеет место полный отказ автоблокировки. Восстановление же работоспособности вышедсего из строя клееболтово-го изолирующего стыка, вваренного в рельсовую плеть, - весьма сложная технологическая задача, требует "окна" и больших ззтр&т труда. Поэтому на железных дорогах мира продолжаются поиски оптимального технического реаения конструкции изолирующего стыка, в той числе сборного.

Известные стыковые накладки "ЕХЕЬ " изготовляют из эпоксидного материала со стекловолокном, при отом обеспечивается направление волокон с учетом нагрунения в ьути. Недостатки сборного стыка с накладкам-л "ЕХЕЬ " заключаются в следующем: помимо высокой стоимости, накладки состоят из определенного количзсть?. слоев, которые ггри боковых ударах, а такке к от действия такте,;:!;-.;-■ алышх сил при изгибе могут расслаиваться. Это трзбует до«5аирония четырех прижимных гз металла на каядый сгык.

Целью работы лдяясх-ся создание нового иоолирукщего с.шх. с высокопрочными пол«:яр»"--.г! на кладками - сборной и виесбс вой конструкции б одвиоыл'Суи от условий работы (с 'ролошс-г: цл-ревод, звеньевой нлк (^сг-сгл'-овай цузд,). рзасим учой гь;?**'' выполнено комплексно;; нем доглиле, вкйзчгяггеэ в расчету сборного и' клеебелгового сгыка с полимерна;- гиилс&илии ыл-дом конечных элементов (гдосюш и ¡лостр.инстве: ыодолк); выбор материала к арагровлмо иакяадок ;; изолодг-^го торц вкладыша и определенна их флзиао-ыкйаагсгсидс обоснование рацио:ильных поперечного и\кр:.чг., погадок г

количества стыкоки белг-оа, р&арабонад ег«::слог;ш иэояируицих накладок к стыка в гуэлец.

Поставлена тахго цгдь гаодшивл прздясаиы^-; конструктивных к 5:-хкологв«1»ояш: решгл.Ш -.;:•

и таео.коэф^ективную работу изолируххцих стыков и рельсовых цепей п» з конечном счете, - повышение пропускной и провозной способности полезных дорог Республики Болгарии.

Методика исследований базируется ка анализе современного опыта эксплуатации и результатов исследований электроизолирующих стыков, нормативной, научно-технической литературы, патентов, производственного опыта. В качестве аппарата исследования использованы сравнительный анализ, методы математической статистки: (с применением ПЭВМ), теории вероятностей и теории упругости? экспериментальная часть работы выполнена с применением современных средств эле:стротензомотрии к измерительной техники.

Научная новизна заключается в разработке новой пространст-вгнной модели и алгоритма расчета рельсового стыка, а также в результатах экспериментальных исследований, полученных в лабора-торно-стендовых и натурных условиях. Комплексное расчетно-теоро-тнческое и экспериментальное исследование завершено созданием новых конструкций и технологии нзготозления электроизолирующих стыков (сборных и клееболтовых) и их элементов с унифицированными накладками из полилягрных латериалов.

Практическая ценность работы состоит а использовании разработанных в диссертации методик, моделей, конструктивных и технологических решений и конкретных рекомендаций на железных дорогах Болгарии для повышения работоспособности электроизолирующих стыков, технологичности их изготовления и ремонта. Сделан новый шаг в производстве композитных профилей методом вытягивания. По мере расширения внедрения разработанных конструкций электроизолирующего стыка будет повышаться надежность и эффективность железнодорожного пути и путевого хозяйства в целом.

Реализация работы велась на нескольких болгарских фирмах и

- б -

на сети железных дорог Болгарии. Еида запроектирована и построена специализированная маккна для вытягивания профиля для стыковых накладок, которая является началом сериГзюго производства таких калган фирмой "ШЮТРЛ^НТ" Завод W (Специализированные инструментальное- в г. Габрово. Ни этой машине в фирме "пополим" (Конструктныи-е долимзрц) в г. Еш; Полин было .впервые осуществлено опитно-проглзаленное производство разработанных изолпрущих накладок из полимерных материалов".

Торцевые вкладши для сборного стыка изготовлялись методом "шпринцевания" (фирьа "СШЛ7Л»\СТ", София) из 20% стеклоналолнеп-иого полиамида, а для кдесЛолгоБого стыка - методом контактного ферновокия (ффкей ' КОПО.'ПГ'"'). Получеш педезительныз результаты «епстааий рабо-y.i csuvsd с полкыерюш накладок на сдсоешик кшлах.

Ракомпвдэцга а/л-орг кспольаоаани в Республике Болгарии •'Храаспроэгяоы, Т^лясстросм, Дистаидаяли сигнализации, связи и вычислительной тзхнию;. Дистащкямя ю чнзъуа&щ оодердаш» яш-йезнодороьного пуп: при проектирования и сооруксйшн объектов СЦС.

Аг<тоб£1п?я ррооа'н. Оеделышо разделы диссертационной работы до;-лгад:вагчсь и бшш одобраны:

- ка- Х-й кауадо-грлкилдкой ыседтародной ко|5фэрзкцчи (Болгария) "Созрейзгсй» технология в транспортной строительства" в Варне» Kj-pojjs ':Св, Коиетакгия", fan учета: <1092 г,);

- на каучяой конференции учзшас ШКГ "Дня науки" ь г. Ноокиэ (1990 г.),

Зиок*?озэояир}хз;ий стык с полт-зрны^п наетадкаш окгаюниро-совместно с "КОПШИИ" на 47 и 48 международных яр-

кзряеи и г. Пяоадиво а 1991 ц 1992 гг.

Полностью диссертационная работа рассматривалась и была одобрена кафедрой "Путь и путевое гозяйстоо" УГУ ЕС (ШИТ) 21 пеня 1933 года.

Публикации. Основные пояснения лисоертац:з1 опубликованы в 3 статьях в научно-технических куриалах (Р-зспублика Болгария), список которк-с приведен в конце автореферата, Кро.че того, по рэзультатам разработок получено 2 патент.

Объем работы. Диссортацисктап рао'ота состоит из введения, пяти глаз, заключения, списка нспольэованнтяс источников и приложений.

Работа изложена на ^^ ^ страницах машинописного текста, иллюстрированного 90 графиками, схеглш « фотографиями, а

Во введении обосновывается актуальность проблемы, сформулирована основная цель работы, а такке излагаются основные положения диссертации, которые выносятся на защиту.

В первой главе сделан анализ н обобщен опыт эксплуатации и результатов испытаний различных конструкций электроизолирующего стыка на железных дорогах мира.

Значительный вюад в развитие теории и практик! рельсового стыка внесли следующие русские, советские и зарубежные ученые: Альбрехт В.Г., Афанасьев В.Ф., Барабошкн В.Ф., Брокберг Е.М., Вериго М.Ф., Воробьев Э.В., Гасанов А.И., Годацкий-Цзирко A.M., Данилов В.Н., Ершков О.П., Зверев Б.К., Кондратьев A.A., Ка-зей И.И., Ковалев И.О., Кулагин М.И., Коган А.Я., Клинов С.И., Крейнис З.Л., Метлеркамп Е.А., f/лхалев Д.П., Мнетшм Н.Т., Холодецкий A.A., Шахунянц Г.М., Яковлев В.5., Колстер Р., Цям-

мерман, Акимаза Оно и др.

Современный этап рззыггнк сборных я глеебол?ошх эяекфул-зЪлирукщих стыков отмечается появлением ст&кои с полимерными закладками (полиамидными, стзклсллгстикозыми, композитными и др.).

Были проанализированы еу.цествукщне методы расчета ciuj'Xi. 'h можно разделить на следующие группы: эмпирические, гещуэмгк^чз-ские, при которых б расчет вводятся коэффициенты, определяемые специальном экспериментом, теоретические (расчетные, не ^рсбуэ-щие создания опытных образцов проектируемого стыка).

По первой группе были рассмотрены методы расчета AREA в Зверева Б.Н., по второй группе - Кольсгсра, Казея, Годецтаго-Цвирко, Данилов , а по арегьей группа - Михалева, Бро,.;5ерга, Цишермана, Холодецкого. Более подробно рассмотрен кет од расчета рельсового стыка Данилова В.Н., разработанный в 50-х годах, который применяется до сих пор. Бал сделан вывод, что ни один из известных методов но доиьол.чет подойти к рассмотрение боле^ тонких эффектов, связанных с концентрацией напряжений, напркыа^, в зоне болтовых отверстий б да кладке и в шейке рельса или в мостах контакта накладок с регъсами и др.; нельзя, конечно, дагь а достоверных рекомеадаций по ¿ршровани^ полимерных накладок. Для исследования подобных о'олэз тоник эффектов каобходико трпхшр-нов моделирование в рамках эторв! упругости.

На Болгарских железных дорогах наиболее часто встречается следующие способы электрической изоляции рельсовых соединений: с помощью накладок из твердой или прессованной древесины (габр, бук, дуб), с помощью вкладышей из изоляционного материала между , металлическими элементами стыка, а также клееболтоше электроизолирующие стыки, в которых мавду металлическими накладками, болтами и рельсами располагается слой из стекло'д-яйнн и ¡¡з-оксед-

ной смолы. Практически показала ниог^:.- глйпзнь надежности используемых изолирующих стыков с деревянно»! макчлдкаыи (типа ВИП-79). Клееболтовые изолирующие стыки, изготовл-этсл заводских условиях (в цехе электроконтактной сварки бссстнкоктг плетей в г. Щу-иен) и уложенные в железнодорожном пу.'ц с пс'.'-.^ью алюминиево-те-рмитной сварки, более надежны, но нер^мсншо'ггчгодны и имеют высокую стоимость. Это потребовало р&зр-бстиг^ к-вую технологию по укладке клееболтовых изолирующих сты».";з, '•сга'^.нных на месте", в пути. Однако срок службы клееболтоЕ>ы>: стыков» склеенных в пути, дала и требует высокоточного испсллг-иьсех технологических операций, а это по эксплуатационные цмг-к'пы всегда возможно. Был сделан вывод, что используемые га ::си,.".рукцин изолирующих стыков, современным требования.", в иото'Л .гре не отвечают.

Сделан анализ обращающегося на естс ДЕЗ сдвижного состава. Локомотивный парк железных дорог Республики -Болгария в основном состоит из тепловозов (австрийские сеп:п; румынские серии Об и советские серии 07) и электровозов СЧзхие к Словакия 41,42,43, 44,45; румынские серии 46, электропоезда серия 32 и 34 - советские), паровая тяга применяется ограниченно. В вагонном парке ЕДЯ преобладают четырехосные вагоны, эксплуатируются и двухосные вагоны старого типа.

Далее сформулированы требования к конструкции электроизолирующего стыка для стрелочных переводов, звеньевого и бесстыкового пути. Для решения данной проблемы было выбрано направление создания электроизолирующих стыков с полимерными унифицированными накладками как сборными, так и приклеенными к шейке рельсов (рис. 1а и 1б). На основании анализа отечественного и зарубежного опыта результатов исследований и наблюдений сформуигрованы цели и. задачи работы, составлена'структурная схема исследований

(рис. 2 и 3).

Вторая глава посБящена разработке конструкции и расчету ' Электроизолирующего стыка с полимерными накладками. Вначале был сделан выбор конструкционных материалов электроизолирующего стыка (стыковой накладки, торцевого электроизолирующего вкладыша и клеевого шва). Для стыковых накладок был выбран композиционный материал, в частности, стеклопластик. Такой материал обладает относительно высокой прочностью, устойчивостью к знакопеременным нагрузкам и тепловым воздействиям, коррозионной и эрозионной стойкостью, легко поддается механической обработке. Конструкционный материал для торцевого вкладыша подбирался из условия, что он должен ввдерживать сжи.'.;сн:;уа нагрузку, действующую между торцами рельсов летом .три нагревании рельсов, и воздействия от подвижного состава. Далаз был сделан выбор конструкционного клея для клеевого шва. Для того чтобы оценить тот или иной клей в конкретной конструкции, необходимо знать как изменяются свойства клеев и клеевого соединения при эксплуатации вследствие старения, действия атмосферных факторов, статических и динамических нагрузок, агрессивных сред и т.д. Большое значение имеют показатели усталостной прочности и долговечности. Были рассмотрены используемые для изготовления клееболтовых электроизолирующих стыков с металлическими накладшми эпоксидные клеи. Наиболее полно современным требованиям отвечают клеи на основе модифицированных эпоксидных смол. Эпоксвдные пленочные клеи, как правило, не требуют применения подслоя яидкого клея и высокого давления при склеивании, а также но ввделяют при отверждении летучих веществ. Склеивать этими клеями молпно при относительно невысоких температурах до 120°С. Снижение температуры твердения дает возможность также упростить технологический цикл склеивания. Сделана оценка

а) сборный

б) клееболтовой &

1 - полимерные

накладки;

2 - клеевой шов;_

3 - шейка рельса;

4 - болтовое соеди-

нение;

5 - головка рельса;

6 подопва рельса

СТРУКТУРА ЦЕЛИ

СТУКТУРНАЯ СХЕМА ИССЛЕДОВАНИЙ

Общая проблема повышения надежности и эффективности железнодорожного пути и его ___ содержания_

Повышение надежности и безотказности _ рельсовых цепей

л

Сборный

1

I

"Клееболтовой

Разработка и исследование электроизолирующего рельсового стуш с унифицированными полимерьим накладками_

и

й

К К Я к

Е я р-к Ч

Не: а> § я э>о

Я о о т о со с, с; о> и ао о ЕГ я о е в: о а & о д чс о, «о о

83§5§|

я о га се н о а«к я ю ¡г Р «р р,

со с!о к ЕГь я о со я я о а; з р,я к н

Т

Практические рекомендации по новым конструкциям и содержанию элекгроизолирущих стыков с унифицированными полимерными

накладками__

Оцонка эффективности разработок

- 13 -

''¿112шсо-мехе.шг-;,?0!с,.с£ свойстп клеев.

Для данноП конструкции кдееболтового стыка выбран клей на ос,носе эпокс'дочд октомеров, отвервдаюцихся при нагревании: Д-10 (олигомер ЭД-16 и отвердитель низкоыолекулярный полиамид Л-19) с разрушающим напряжением при сдвиге 240 МПа при 20°С, Д~2 (олигомер ЭД-16 и отвердитель малеиновый ангидрид) - раэру-пакгдее напряжение при сдвиге 330 füla гтри 20°С, ВК-32-ЭМ - соответственно 250 МПа при 20°С. Был сделан вывод, что вмесГто клеев типа K-I53, Д-10, Д-2, Р-К-32-ЭУ моото применять более современные пленочные ¡-леи типа ВК-2-1С, чтобы обеспечить равномерную то-лщлну клеевой лрослойки, ускорить сборку соединений и улучшить условия труда, '{лей о клзебол?овом стыке воспринимает на себя большие нпгрузкя и ярляотся наиболее напряженным местом в этой • конструкции. 8 СЗЯ5И с зтии п г/ерспектнве возможно применение композитных кл/'л^док с резиной, хорошо вписывающихся в метод контактного ппеесомния, где одновременно происходит вулканизация резины. Тогда ¡исззой накду резиной и шейкой рельса будет меньше загреб!?.

Основная ч;.сть второй главы посвящена расчету рельсового стыка под поездными нагруэкамч и при колебаниях температур. Для ^тематического моделирования процесса деформирования рельсового стыка бил выбран известный метод конечных элементов (МКЭ), который обладает рядом преимуществ по сравнению с другими методами, в частности, он позволяет эффективно учитывать сложную реальную геометрию конструкции, дабыэ виды нагружений к граничных условий, а также позволяет рассчитывать конструкции из различных материалов. Был применен подход, использующий результаты решения задачи в рамках балочной теории для постановки граничных условий в трехмерной модели. Это' позволило получить приемлемее по точности

решения трехмерных задач без использования грокозддая: расчетных схем, а именно: перемещения, полученные при решении задачи по балочной теории, затем использовалась для пссяааовки граничных условий в пространственной модели, Оо;овныз уриыень.! теории балок известны и могут быть представлены длл -¿'о учисмгл в виде:

Ак

*

-<\1

I ж

7 2х

м.

« й _ /"к

А-

л

\

гШ

г»)

у

Кроме того, на концах участков были поставлены граничные условия с учетом упругих пружин:

где

- жесткость пружин; Т ял - шещадь попере-

чного сечения, модуль упругости, момент сопротивления, изгибающий момент, перерва,шпкиря сила -го участка.

При расчете по балочной модели использовалась классическая балочная теория (учитывались: гипотеза плоских сечений, малые деформации, гипотеза о ненадавливании слоев и закон Гука). Расчетная схема стыка в случае применения балочной теории представляет собой составную балку, состоящую из трех типов балки (рис. 4). Первый тип балки определяется собственно рельсом, второй - рельсом с накладками и третий - двумя накладками. Общая длина балки порядка 5 м, исходя из возможного характера деформирования балки под колесной нагрузкой. Сосредоточенные упругие опоры ыоделнрова-

Рис. 4

ли работу шпал и определяли упругие реакции по осям ОХ "и ОУ. Все ' типы балок имели прямоугольное сечение и соответстпущие характеристики поперечных сечений и модулей упругости. Следует отметить, что нельзя, однозначно п-зройти от поперечного сечения рельса к прямоуголыю.'-гу, сохраняя асе параметры > равным пара-

метрам рельсг.. поэтс^' при переходе ст рельса к прямоугольному . сечению выполнялось главное условие:

(рельса) « (балкгс) (3)

Выбранная расчетчая схема позволила решать задачу как в симметричной, тате л в несимметричной постановтх. С учетом реальных нагрузок в зон» стыга величина вертикальной составлявшей была принята равной 2С0кН, имея ввзду квазистатическую постановку задачи. Была ярсв'зрепа ядокгатность разработанной математической модели известным регасн.чгш для балки, лежащей на непрерывном упругом винклеровсхом основании и численных реыений, полученных для однородной балки с теш жз параметраш, но ла-кащей на упругих со, средоточенных опорах, при модулях упругости подрельсового основа-

ЕОСЙ, г-сс*.

. * 25 до Ь^ач "

в 100 ЫПа. При этом разница п результатах расчетов не превышала 11-1255.

Расчеты дали возможность получить сравнительного оценку прогибов, моментов и ДЬререэыващкх сил для стыка с металлическим

накладкам/;, принятого оа эталон, и для стшсоп с п«шюрными накладками из полиэфирной и эпоксидной смол.

Моделирование процесса кагружсния электроизолирующего стыка в трехмерной модели проводилась г; {-.иь:иах 'сворки угтругости с учетом различных физико-механических свойств материалов рельса, накладки и клея, 'приклеивающего полим-^ну» накяадцу к рельсу. Материал накладки считался иоотроп;^«, с ос^змаиц«! модулем упругости .

Трехмерная расчетная схема с фиаг;,янтом 1■элементнох'с разбиения покапана на рис, 5. ВлягТ^ВДниз сил И , действующие на рельс, моделировались п&ь^.чещенкямч, эадаъаемыш на краю, противоположном стыковому коьц«г. «гг> вычи-

слялись из уелобия:

дЕ = ¿¿йГГ£ ■ (4)

где сС - коэффициент температурок- расширзниз, «>¿»»1,10, ИГ® 1/град°С; £ - длина расчетной (б;лети pjju.ee:;Й 20°С температурный перепад, соотиотстйукцип сопротивлент? сборного стыка

и и 40 кН.

. В трехморной задаче моделировалась работе трек вариантов стыков: "навесу" на деревяшках шпалах, "навооу" на ;.олозобетонных шпалах, на сдвоенных шпалах с укороченной накладкой при двух воз-вожных типах стыков: сборного и кяссболтового. Мощность расчетной схемы варьировали и для сравнительных расчетов применяли расчетные схемы, содержащие 500-800 восьмяуэловых конечных элементов и 1000-1900 узлов.

Расчеты проводились иа ПЭВМ РС АТ. Блок-схема программы расчета напряженно-деформированного состояния методом конечных элементов представлена на рис. 6. На ней представлены основные блоки, требуемые для решения задач этим методом. Сюда входят

I - рельс; 2 - гаой; 3 - полимерная накладка; 4 - торцевой пкладыа; 5 - шпала; б - симметрично относительно плоскостиЗОУ; '7 - симметрично относительно плоскости ХОУ . •

Рис. 5

Злохи исходных данных, матрицы жесткости, вектора нагрузок (правых частей системы линейных'алгебраических уравнений), и формирования требуемых параметров, напряженно-деформируемое состояние после отыскания узловых перемещений. Кроме того, показаны «леки выводи результатов з печатном и графическом виде. На рис. 7 в качество примера показаны результаты графической интерпретации расчетов.

Дня варианта сборного стыка накладка припишется силами, приложенными по краям отверстий и имитирущими силу прижатия на-¡гладки стыховьоз! болта mi, гайки которых затянуты крутящим моментом 5С0 Кн. Далее это усилие передается на головку и подогну рельса через силы давления и трения, возникающие при взаи-модэйствии накладш! и рельса. В расчетной схема этот эффект ыоде-л^овалс!? с помощью специальных элементов типа "зазор-трение".

Ввод исходных данных

Геометрия Физико-механические свойства материалов е: У\ ^ Граничные условия (силовые /•Vе' , и кинематические )

Формирование матрицы жесткости 3

Формирование вектора нагрузки и системы линейных алгебраических уравнений (С Л А У ) ¿гЗ

Удовлетворение граничных условии первого рода_

Решение СЛАУ (вычисление и

у-

г{

Вычисление с?/*- ц О/* (деформации и напряжения)

| Вывод результатов Си/, е^у^Су^, Т

на печать

-Ргй^г-

графическая интерпретация результатов___

''р&Н&у

Рис. 6

размещенных на контакте между накладкой и рельсом.

Анализ результатов расчета на прял;енно-дефор,мирона иного состояния показызает, что наиболее нагруженной зоной накладки во всех случаях является зона, находящаяся ыевду серединой стыка и вторым болтовым отверстием, С уменьшением модуля упругости материала накладки ('£" ) уменьшается жесткость конструкции и соответственно увеличиваются максимальные прогибы стыка, тангенсы угла наклона стыковой неровности и шкеилпльные напряжения в рельсе и накладке. Вместе с тем, с уменьшением происходит разгрузка концов рельсов в стыке: уменьшаются величины внешних силовых факторов я , а , как ото было определено вьше на балочной модели. Анализ трехмерной модели показывает, что все большую

п1с. v

"часть глящшк нагрузок принимает ¡1а собя рельс, а не на.шндка, лрпчем гее больше пагру-ка;отся участки рельса, отдаленные от &го торца. Относ»;гелы:ыз напряжения о наклоне уменьшаются и это должно скаоаться на работоспособности стьма и эксплуатации. Так, например, при переходе от пэталлическоЯ накладки к накладке из полиэфирной смолы шнеиг/лльнио напряжения в рельсе увеличиваются в 2,8 раса, а ¡гаксимэльшю напряжения в накладке увеличиваются а раза, т.е. происходит относительное снижение напряжений в накладкэ а 1,43 раза. Это объясняется тем, что рельс: берет на собя большую относительную часть напряжений и уменьшатся енлевоо зордействяо накладки на рельс, особенно в гене концевых чзсто.1. Сборный с?кл рассматривался в качество расчетного случая для кле-еболтовпго еллса в случае разрушения клзовогэ соединение. Устано-глено, что - в кдеебодтовом стыке иськк&лышв напряжения деньав, чем з сборном .'■! он;? распределяется болез равномерно, т.е. клеебо-лтосой стык рабогтвт з эксплуатации- лучше. Напргхения з сборной стике по сравнению с клееболтовым увеличиваются, э оси о гл см, в зоне болтовых отвзретнй и кастах кенгекта накладки с рельсе«.

Данное обстоятельство учтено при разработке ¿фщрования

накладки. Следует отметить, что расчет сборного стыка .ч трекерной постановке проводился в рамках малых деформаций и но учитывал износ накладки и ее возможный перекос в процессе эксплуатации. Численный анализ показал, что теоретически стык на сдвоенных шпалах работает лучше, чем стык навесу на деревянных шпалах. Анализ показал, что для клееболтового стыка вполне приемлемым материалов для накладок является эпоксидная смола или материал с модулем упругости большим или равным 35000 МЛа. Вариант с накладками из по-лиофирной смолы не проходит по условию прочности, особенно если жесткость подрельсового основания недостаточна.'Максимальные касательные напряжения довольно велики и вызывают расслоение полк-мерной накладки, если она изготовлена из слоистого материала. Анализ напряженно-деформированного состояния показал, что мошо перейти к унифицированной накладке длиной 600 мм с шестью болтовд-' ми отверстиями вместо существующих двух типоразмеров накладки 580 и 900 мм. Рассчитанный поперечный профиль полимерной наклад;:;,, является вполне приемлемым.

Далее изложены результаты исследований, технология изготовления электроизолирующего стыка в целом и его элементов. При выборе технологии изготовления унифицированной полимерной стыковой накладки были рассмотрены следующие методы производства изделий из композитных материалов: контактное формирование, метод намотки спиральной и двухосной, процесс получения одноосноориентиро-ванного волокнистого пластика, центробежное литье, литьевое прессование, прямое прессование, автоклав, формование вакуумным мешком, литье под давлением, центробежное формование, холодное штампование листов армированного термопласта, капсулкрование, непрерывное послойное формование.

Разработана и опробована технология производства электрон-

золирующей "стеклопластиковой стыковой накладки методом одноосно-ориентированного волокнистого пластика осуществлена на фирме "КОШЛШ" (г. Елин Пелин). Ка заводе "Специальных инструментальных машин" при фирме "ИНСТРУМЕНТ" (г. Габрово) создана технологическая поточная линия для производства накладок и внедрена в фирме "КОПОЛИМ" (г. Елин Пэлкн).

Исходя из условий серийности производства, габаритов и выбранного конструкционного материала (30% стеклонаполненный полиамид ПАС 30), наиболее подходящий метод производства - "шприцевание". Производство торцевого дисперсноармированного вкладыша толщиной 4,6 и 8 мм освоено и серийно осуществляется для рельсов 5 49 на машине '¿К«^» 260/ 100 фирмой "СИМЕПЛАСТ" (г.София).

Исследованы температурные условия применения сборного и кле-. еболтоюого электроизолирующих стыков на стрелочных переводах, в олойьввом ?í бесстыковом пути. Были исследованы два расчетных состояния: псктксгзю го-.ипргтуры на 40°С по сравнению с температурой закрепления и пенетенте температуры на 60°С по сравнению с •;омпературой сакроп-.пглп. Расисты ограничены только так называе-:-3S "прямым" (>.:п<стсн?шм) хедом изменения температуры (с запасом).

Ч третьей г ларе описаны лабораторно-стендовые испытания лш'ших стыкоз с плектрокзолируйцимн накладками под нагрузкой и ~г> поста ептэльну-з результаты с существующими аналогами. Цзльа лабораторных испытаний рельсовых стыков являлась установление их сспрогивлгг»мостя продольно^ сдсигу и попзречноиу изгибу в зави-,»«j«>ct:i от излшжкч статической нагрузки при различных затяжках ■lor.xoE. Испытангл стцуся на продольный сдвиг и лоперзчиый изгиб ¿".сгодились в Путсяслытателькой лаборатории ШОПЬ и в лаборатории Научно-ясслсдояательского и технологического института геле-гнодорсаного транспорта (НВЯТ) на 200-тонноы прессе, rfa груз ¡а

— if«- — * варьировалась от О до' 150 кН с интервалом Ü0 кН, про -

дольного сдвига и поперечного изгиба рельсовшс cratccr ¡^мерялись с помощью индикаторов часового типа с точностно С,01 мг. Испытаниям подвергались стыки типа' ö 49 с шестндьгрншг. к чзтырйхдырны-ш накладками в количестве по три стыка каждой конструкции при различных моментах затяжки гаек стыковых болтов. В кждоа ц::кло нагружения варьировалась величина крутящего момента на гайках стыковых болтов нт = 250; 500; 750 Нм. Погрешности измерения всех исследуемых параметров не превышали 5-1($. Анализ результатов испытаний показал достаточно высокое сопротивление продольному сдвигу (480 - 520 кН при полимерных накладках, а при металлических - 180 7 200 кН в зависимости от момента затяжки гаок. Коэффициент трения для стыков с полимерными накладками находится с границах 0,38 + 0,44, т.е. в два раза больше чем у стыков с мога« ллическими накладками. Анализ жесткости стыков с полимерными на" кладками показал, что они уступают жесткости целого рельса и с дальнейшем его совершенствовании необходимо доармировать более прочным и жестким композитом.

В четвертой главе описаны экспериментальные исследования в натурных условиях и результаты эксплуатационных наблюдений за работой опытных электроизолирующих стыков на эксплуатируемых участках бесстыкового пути с рельсами ft 49 на железобетонных и деревянных шпалах, на стрелочных переводах марки 1:9 на деревянных брусьях, на щебеночном баласте с типовым очертанием баластной призмы. Типы скреплений: ПЛК-78И и К. Тип обращающихся локомотивов - дизельные 04, (Б, 07 и 55 серии. Установленная скорость движения поездов: грузовых поездов - 60 км/ч, пассажирских - 70 км/ч. Установленная норма массы поездов - 800 т. Средняя осевая нагрузка 22,5, Район испытаний - станция Земен на линии София -

- Ксстендил. Опытная серия из 50 электроизолирующих стыков была .ло:.хена в 1992 г. на стрелочных переводах, в звеньевом и бессты-.овом пути. установлено, что содержание электроизолирующих стыков с полимер: йн.и накладкаш не отличается от содержания типо-•:;íx стыков с двухголовыми накладками. Весной 1993 г. была сделана подбивка всех стыков на сдвоенных деревянных шпалах. Получены предварительные положительные результаты исп ганий роботы электроизолирующих стыков с» полимерными на клад каш на сдвоенных деревян-' ных шпалах.

В. пятой глаое приведены основные технико-экономические показатели оценки ожидаемой эффективности применения новых конструкций электроизолирующих стыков с унифицированными полимерным! накладками для условий Болгарии. Анализ показал, что предлагаемые • на болгарском рынке импортные сборные стыки с лолиыерными накладками (фирам "EXEL ") в 4,5 раза (^ 180 ), а клееболтовые (тип VV,C) с импортными полнопрофильными стальными накладками, (фнрма "ЕДЛ-РВЛ" цех "Шумен") в 5 раз ( $ 200) дороже, чем экспериментальные композитные накладки, предложенные автором (фирма "К0П0-ЛИМ") - ( ^ 40), Практика показала, что расходы на содержание ■ всех конструкций электроизолирующих стыков одинаковы и мало отличаются от расходов на содержание широко применяемых токопроводя-щих стыков.

заключение

Диссертационная работа посвящена актуальной проблеме совершенствования электроизолирующих стыков с цель» повышения надежности работы рельсовых электрических цепей. Итогом ее выполнения к комплекса сопровождающих теоретических и экспериментальнъос исследований, опытных и конструкторских работ являются следупцие результаты:

I. Разработаны пвсская и пространственная модели и ш<*енерные

методики расчета сборного и клееболтового стыка с унифицированными полимерными накладками под воздействием поенагрузок и при колебаниях температур.

2. Обоснован выбор конструкционного материала накладок, клееболтового шва, торцевого изолирующего вкладыша и определены их физико-механические характеристики.

3. Обоснованы рациональные поперечный профиль, длины полимерных накладок и количество стыковых болтов.

4. Разработана индустриальная технология изготовления поли-

♦

мерных накладок, торцевого вкладыша и изолирующих стыков в целом.

5. Созданы новые конструкции электроизолирующего стыка с высокопрочными полимерными накладками для различных условий работы: сборная - для стрелочных переводов и в звеньевом пути, клееболто-вая - в бесстыковом пути.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих * работах:

1. Атанасов С.А. Проблема равноупругости железнодорожного пути. Железнодорожный транспорт (Республика Болгария),№ 2, 1991.

2. Атанасов С.А. Контроль нейтральной температуры и напряжений в бесстыковом пути. Железнодорожный транспорт (Республика Болгария), № 5', 1992.

3. Атанасов С.А., Вьетева 3., Мишев В. Электроизолирующий стык

с накладками из композита. Еелезнодорожный транспорт (Республика

Болгария), № 2, 1993. п'

í^ f-/!'1- ' '

АТАНАСОВ СВЕТОМИР АТАНАСОВ ЭЛЕКТРОИЗОЛИРУЮЩИЙ РЕЛЬСОВЫЛ СТЫК С ПОЛИМЕРНЫМИ НАКЛАДКАМИ (05.22.06 - Железнодорожный путь)

Сдано в набор 2&.!0 !>Ъ. Подписано к печати .2с. 1С. ИЗ.

Формат бумаги 60x90 1/16 Объем ff5. Заказ /¿64 Тираж 100 экз.

Типография МГУ Г.С, Москва, ул. Образцова, 15.