автореферат диссертации по транспорту, 05.22.06, диссертация на тему:Исследование и разработка мероприятий по улучшению условий эксплуатации рельсов



СИБИРСКАЯ ГОСУДЛРСТВЕШГАЯ АКАДЕМИЯ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

На правах рукописи

ЗАКИРОВ Нурлан Аблльдаевпч

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕРОПРИЯТИЙ ПО УЛУЧШЕНИЮ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ РЕЛЬСОВ

Специальность 05.22.06 — Железнодорожный путь

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук в форме научного доклада

Новосибирск, 1993

Работа выполнена на Алмат«нской ордена Ленина «елезкой дороге

Научный руководитель

доктор техни-часких наук - Б. Л. ПОРОШИН

Официальные оппоненты

доктор технических паук.профессор С.И.КЛИМОВ (МГУПС)

кандидат технических наук, доцент А.А..НИКОЛДЕНЕО (СГАПС)

Ведущее предприятие - Министерство транспорта Республики Казахстан.

Защита состоится "_" _199_ г. и _час.

на заседании специализированного совета в Сибирской государственной академии путей сообщения по адресу: 630023.г.Новосибирск, ул.Дуса Ко«зальчук.191. ауд.236.

- С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Аптораферат.разослан ■"_"___г.

Отзыв на автореферат, ач-иертиный печатью, просим направлять . по адресу Совета института. '

Учення секретарь специализированного совета, . кандидат технических наук.

доцент В.А.ГРЩЕНКО.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЕОТК.

Актуальность проблеми. Основной задачей научно-технического прогресса в путевом хозяйство является гтовмшение калеяи^сти пути и сооружений,обеелечивающиа бесперебойное и безопасное дштаенио поездов. Систематическое необеспеченна потребности железнодорожного транспорта новыми рельсами создает-дополнительные проблеми-ежегодно ок.<}ло 1/4 протяжение главного пути остаются с просроченными сроками ремонта. Рельсовоз хозяйство Алма-Атинской желеоноа дороги-это около 1 млн.тонн рельсовой стали, стоимостью свыше 100 млрд.рублей (в ценах 1992 года). При такой дороговизне и отсутствии завода по випуску рельсов в Казахстане проблема продления срока слунсбы рельсов является одной, из важнейших. Оперативное определение состояния рельсов в пути путем автоматизированной системы диагностики повреждения, разработка и внедрение комплекса мер по их усгранени,улучшению условий эксплуатации и продлению срока слукбы всех элементов пути, повышение эффективности способов постановления и дальнейшего использования старогодных рельсов является актуальными вопросами для ¡келеснодорояного транспорта.

Цель к задачи работы. Целью работы является исследование и разработка комплекса мероприятий по рациональному использованию рельсового Фонда Алиа-Атинскоп келезной дороги за счет продления срока слуабы рельсов.на основе своевременного устранения коротких волнообразный неровностей по результатам аптоматмуиронапноП системн и;; диагностики и улучшения условия эксплуатации. В гавоте поставлены и рвиеии следующие задачи •.

1ч Анализ система ведения рельсового хозяйства на ллма-Атинскол велеэноп дорога • '

• 2. Диагностика неисправностей железнодорожного пути и.-- эффективность воестановлечия ого'работоспособности.

3. Созершенсгаование системы использования рельсов на дорогах Казахстана.

4. Восстановление служебных свойств старогодных рельсов .

5. Улучшение условия эксплуатации келезнодорокпого пути аа счет восстановления его равноупругости при применении битумосодеркащих : пород.

Методы исследования. Решение поставленных в работе задач осу-

ществлялось теоретическими методами с использованием основных положений теории вероятностей, теории надежности и корреляционного анализа и экспериментальными методами с применении? тензоматтзичес-кой аппаратуры к измерительных приборов.

Научная новизна работы заключается в следующем :

- собрал.систематизировал и проанализирован фактический материал по выходу рельсов в дефектные;

- изучены механические характеристики рр.пьсовой стали и рельсов, пропустивших различный .токналЕ, а тек числе при восстановлении работоспособности рельсов эа счет радиачионио-териичвской обработки головки;

- разработана методика по прогнозированию количества проходов шлиФоЕальних поердов с использованием данных проФилограФов;

- кселедопана эффективность автоматизированной системн диагностики повреждений головки рельсов волнообразными короткими неровностями • '

- разработана конструкция и технология эксплуатации железнодорожного пути с рааножастким основанием.

Практическая ценность работы определяется следующими результатами :

- разработана и внедрена автоматизированная система диагностики повреждений рабочей поверхности головки рельсов волнообразными

короткими неровностями -для плаьироигния работи рельсошличювальнчх вагонов и установления допустимых скоростоП двииения поездов;

разработан способ и технология восстановления равиожесткостк к.д. пути с применением битумосокержаиих пород,- разработан и внедрен комплекс мер по улучшению условии эксплуатации и продлению срока службы релъсов.

Реализация работы . Научные положения, разработанные в диссертации. предназначены для использования на дорогах республики• планирования работ шлифовальных :юезяов; установления допустимых скоростей двишеиия поездов¡снижение эксплуатационных расходов ж.д. пути эа счет усиления основной площадки земляного полотна.

Апробация работы. Результата исследования автора били доложены и одобрена на научно-технических конференциях АлИИТа (г.Алма-Ата; 1990-1992 г.г.), НИШСТа (г.Новосибирск, 1992 г.г.).на Всесоюзной !:ау1чпо-пра.гл'ическай конференции- (Алма-Ата. 1990 г.) школе передового опита пашинизирояадаюго текуаэго содержания пути на .чввно-УраяьскоП сслеэпоЯ дорога (Курган.х992 г.). на заседаниях кафедры " Путь и путеооч козяйстао" АлКИТа (г.Алма-лта.1992 год! и КИЖТа (г'.Нопоснбирск.1392 г.) .на техническом .Совете службы пути Аяка-АтшгскоП зелезяоП дороги (г.Алма-Ата.1992 г.).II Межгосудар-' стсаяпоЯ иаучно-тсшшчоскся к^чФзрепцни "Проблемы прочности материалов л сооружении иа транспорте" (АлИИТ. 1992 г.).

Публикации: По результатам исследований опублйкоьано Тб статей п 4 па7Ч150-т0»5шчзскак отчзта. ьо вниикт мне, алиито.

СОДЕНМНИЕ РАБОТЫ.

1. ОСОБЕННОСТИ ВЕДЕНИЯ РЕЛЬСОВОГО ХОЗЯЙСТВА НА АЛМА-АТИНСКОЙ - ПЕЛКЗИиП ДОРОГЕ.

,, 2,1> Езэдакгэ.

* Путевое йозяястпо - это моаггкЯ потребитель металла., погэт оку н 1-1333 ■-.

условиях рыночных отношений важное экономическое значение имеет проблема ресурсосбережения рельсового металла за счет рационального его распределения на дорогах и улучшения условий эксплуатация и продления сроков слукбы рельсов.

Рациональное их использование и повторное применение старогодных рельсов всегда требовали решения сложных задач.а с ростом грузооборота и с введением современных видов тяги это стало серьезной проблемой.

Одной из первых по этому вопросу была работа русского академика Н.П.Петрова об изнашивании рельсов на Николаевской и Варшавской железных дорогах. Вопрос о сроках службы рельсов.как один из 1аи-более актуальных для железнодорожного транспорта, рассматривался еще в конце прошлого столетия первой Рельсовой Комиссией. Наиболее основательные исследования о работе рельсов в бившем СССР начались в эо-е и последующие годы. Необходимо отметить работа п.Г.Козей-чука. Н. П. Шапова. К. Ф. Вериго, В. Н. Данилова, Е. М. Брсмберга. П. II. Цука-ноаа, А.Ф.Золотарского, О.Н.Усковой. Этими авторами было выяснено

влияние условий эк-сплуа/тации, пропущенного тоннажа, плана и ирофи-*

ля пути на ¿¡знашваемость рельсов.

Переход 1.а электрическую и тепловозную тягу изменил условия работы рельсов. Изменение условий эксплуатации рельсов потребовало привлйчекия к решению этой проблемы теоретического анааизд взаимодействия пути и подвижного состава. Основополагающими адесь были работы Г.М.Иахуиянца.С.М.Андриевского, М.Ф.Вериго, В.Н.Данилова , Л. II. Иелант^ева. Большой вклад в изучение этих вопросов внесли такие работы В.Ф.Яковлева, А.Н.ШаФрановск.ого, А.и.Скакова. Вопроси говышения эксплуатационной стойкости и совершенствование системы ведения рельсового хозяйства освещаются в трудах В.И.Анге-лейко,Л.М.Цановского,Н.П.Кондакова. Н.И.Карпущенко. В Л.Лорошина, Е. А.Шура. М.II.Смирнова,С. И.Климова, В.И. Матвецова. Г.Е.Андреева,

1-1355

Л.Г.ГСрысанова. В.С.Хысюка. В.И.Новакопича.А.3.Лукьянова и других ученых. Значительное мвсто в изучении силового воздействия колес подвижного состава на рельсы занимают работы О. II. Ерщкева. Н. П. Королева. А.Я. Когана, Ю.С. Ромена .Г. Г .Желнина .В. А. 1'еаэнера и другие.

В последнее время выполнен ряд работ в области изучения проблемы надежности рельсов и отдельных элементов пути. Здесь можно .отметить работы М.В.Вериго.А.Я.Когана,Г.И.Тарнопольского,н.И.Кар-пущенко, В.И.Шкляра.B.C.Гресько, В .С. Лысюк.а,0. С .Скворцова, Д.Г.Эрадэе, И.Ф.сукова,А.К.Ураэбекова'и др.

Но несмотря на проведенную большуп работу ряд задач остался не-рашешшм. Поэтому с целью рационального использования рельсового Фонда на дороге были поставлены и решены следующие задачи ■.

- на основе анализа и статической обработки собранных данных-по выходам рельсов в дефектные выявлены особенности работы рель- ■ сов в условиях дороги :

- разработан способ диагностики повреждения рельсов и пути восстановления его работоспособности,- разработан способ повышения етотсости рельсов:

- исследованы вопроси повторного использования старогодних рельсов;

- разработаны мероприятия по повышению равнокесткости пут».

1.2. Анализ ведения рельсового хозяйства на Алма-Атинской железной дороге.

За последние голы на Алма-ЛтикскоП колезнол дороге произошли значительные изменения в работе железнодорожного пути и интенсивности его эксплуатации. Так, средняя грузонапряженность участков в главном пути возросла в последние годы до 38 млн.т брутто (с Зб в 1981 г.), средняя масса грузового поезда увэличидась ча 0.5 тыс.т. развернутая длина главных путей составила около 6,1 тыс.км. иа долю путевого хозяйства приходится болёо 43 ъ'осноз-

них фондов дороги и около 17 ж эксплуатационных расходов. В путевом хозяйства иа предприятия« работают более 10 тыс. человек.. Техническое состояние железнодорожного пути характеризуется

в первую очередь мощностью верхнего строения и е.'о основного эле-1

мента - рельса.около 70$ протяжения главных линий-зто' рельсы РбЗ. 22 % - Р50 я в % - Р43 и легче. в том числе 30 % протяженности ■. главных линия с рельсами Р65 имеют грузонапряженность" более 50 млн.т брутто груза. На полигоне главных линия с рельсами Р65. Р50. Р43 и легче 'эксплуатируется дефектных рельсов соответственно по 1,5; 2.1 ;4 штук на 1 км пути, для рельсов этих типов доля участков с просроченным капитальный ремонтом составляет 12 9НР65), зо Р50) и 35 % (Р43 и легче). Протяжение главного пути с термически упрочившими рельсами составляет около 50 % .более 17 % протяженности главного пути эксплуатируется с жалеэо^этониыии шпалами и бесстикопым путам .а доля главного пути на тляелых балластазг . достигла 93 Обмены обновления верхнего строений пути при капитальном ремонте достигли 5 развернутой длины главных путей.

Однало в связи с ростом интенсификации использования пути в последние годы наметилась тенденция к увеличению одиночного изъятия рельсов.росту протяжения пути с просроченными сроками ремсита. Количество к-ило-.ютров пути с рельсами,пропустившими свсрхноркатявный тонная, в 1900 г.составило 30 % протявачия участков рельсов с грузонапрякепно'-тьв более 10 млн', т брутто в год. В результате этого ухудшилс ь состояние пути . ьыр?,жающечся прежде всего в балльной оценке .которая ¿за последние лез года возросла на 17 % .

1.3. Особенности попрездений и отказов рельсов в пути. . За счет увеличения мощности железнодорожного пути,в том числе роста протяжения пути о термически' упрочненными рельсами Р65.число изъятий иэ путч дефектных и остродефектных рельсов гад период

1985... 1990 г. г. сократилось пл. 16 %, а доля остродеФектпых рельсов уменьшилась с 66,7 до 65 Однако при атом наблюдался относительный рост отказов рельс по дефектам 53.1:41:14 и 24; 26.3:47.1 .

Следуот ометить .что по дефектам в стыковой эоно выходит нз строя более 40 % рельсов всех типов(табл.1.1).по дефектам прямолинейности головки - около е % рельсов (табл.1.2). Все это свидетельствует об ухудшении .услопий эксплуатации рельсов.

Отказы рельсов по дефектам 11 и 21 контактно-усталос!ного происхождения в целом по дорога несколько уменьшались,однако на гру-зонапрянешшх направлениях. где лм:ат глаишн образом оььемно-оака-лешше рельси типа Р65, по этим дефектам выходит из строя более' 60 % рельсов. Из анализа табл.1.3 пндко.что как в целом по сети (1000 шт.),так и на Алма-Атинской в!елезпоя дороге много изломов рельсов происходит по сечении с дефектами 21, основная масса из них - рельси Р65 па грузонапряжешшх направлениях.

При соблюдении всех нормативных требований при эксплуатации мощной современной конструкции келеонодорокного пути с термически упрочненными рельсами Р65 и Р75 последние обладает большим запасом долговечности и сопротивляемости хрупкому разрушении под колесами подвижного состава.Однако в результате происходящего длительного процесса старения рельсов и накопления в них различпих усталостних •повреядеикп. прежде всего контактно-усталостного характера в головке рельсов (дефекты ВПТ.11 и 21).нарастает интенсивность отказов рельсов в пути.

Снинениа надежности рельсоа на определенном этапе их работы уже не гарантирует условия для обеспечения безопасности движения поездов, что требует принятия специальных мер или замени изношенной конструкции.

Для получения количественных зависимостей об отказах рельсов на магистральных направлениях Алма-Атинской ж.д. было' выбргно три

н.

Таблица 1.1

Распределение по видам дефектов рельсов.изъятых из пути по стыковым дефектам, % от обшего числа иэьятых рельсов

по всем дефектам.

Вид дефектов 50 . 1 30В.1 21.1 ЗОГ. 1 18 .1 52.1 17.1 41 . 1 53.1

Их доля, % 0, 18 0,45 5,55 2,32 0, 56 б.З 3.5 2.45 21,3

Таблица 1.2

.Распределение по видам дефектов рельсов, изъятых из пути по дефектам нарушения прямолинейности головки рельсов. * от общего числа изьятых рельсов по всей дефектам.

Вид дефектов 49 40 47. 1 14 46.3

Их доля, % 0,67 .0,56 2,43 4, 9 0,11

Таблица 1.3. Структурное распределение изломов рельсов по видам дефектов.

Всего В том числе по видам дефектов.

ИЗЛОМОВ, % 21 26.3 24 69 79 74 прочие

На ряде железных дорог 100* (1000 ШТ) 37 7 1 2 10 2 41

На Алма-Атинской ж.д. 100 % (240 ИТ.) 51 10 1 1 3 1 ЭЗ

участка общим проятяиением около 100 км. Их характеристика приве-

дена в таблице 1.4. как видно из этой таблицы.

Таблица 1.4. Характеристика онитных участков, данные об отказах рельсов.

Параметры ! Номер опытного участка

1 ! ( 2 ! 3 1

Средняя грузонапряженность. ----------------

млн т брутто в год 90 50 90

Тип рельсов(обьемно-зака-

ленныа) Р65 Р65 Р65

Конструкция пути Бесстиковой на желеэобе- ЗвеньеноП

тоннах шпалах ( 25 -и )

деревянных

шпалах

Допускаемая скорость дви-

жения поездов.км/ч (пасса-

яирских/груэовых ) 120/90

Одиночный выход рельсов при

пропущенном тоннаясе (млн т

брутто),накопленный,шт/км

300 1,4 0,2 1,8

400 2,4 0.8 3.7

500 3,8 1.5 6,0

600 5.2 2,5 11.3

700 5,0

Доля отказов рельсов по де-

фектам 21(при пропущенном

тоннаже 500,..700 млн т

брутто), % 80 75 ВО

Протяжение; пути в кривых

радиусами 1000 м л менее. S; 50 5U 50

.. , ....... ____________ . ----------- -------------- —— ....................

массовые отказы рельсов происходят по дефектам 21. Для обеспечения

безопасности движения поездов важна оценка надежности работы рельсов в пути.

Надежность технического объекта это его "свойство" сохранять во времени установленных пралелов значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые Функции в заданных ре-

жимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов.

I-I355

хранения и транспортирования". При этом выделим такие показатели надежности, как вероятность безотказной работа Р (Т) (вероятность того, что в пределах заданной наработки т отказ обьекта не возникнет) VI Л - процентный ресурс ( наработка, при которой объект не достигнет предельного состояния заданной процентной вероятности) .

Приняв при отказах рельсов экспоненциальный закон распределения, вероятность безотказной работы рельсов можно определить по -ЛТ

Формуле Р (Т ) « е При расчете вероятности безотказной

работы рельсов величину накопленного одиночного выхода рельсов г.ри наработке тоннажа Г умножаем соответственно на 0,8 и 0,75.так как. по дефектам 21 выходит из строя 00 % рельсов (участки И 1И 3) И 75 * рельсов (участок И 2).

Таблица 1.5

Исходные даяние для расчета надежности рельсов.усиленных постановкой накладок .на сечения с дефектом 21 .'результаты расчета

Номер опытного участке., тип рельса, его длина»

К (шт./!см1/Л • 10 (1 /или г брутто)/Р(Т1 при пропущенном тоннаже, млн т брутто

300

400

500

600

700

,Р 65,

0/3

б/п 1,,

Р 65, о/э ■ б/п

3,

Р 65,

о/з

23

50

■ 90

90

1.4 47 0.986

1,8

60 0.982

0.8 19 0. 9925

г,л

63 0, 97?

3,7 95 0.963

1.5 . 2.5 2Н 38

0.986 0,978

3.8 85 0.964

б 121 0.942

5.2 109 0,937

11.5 192 0.892

4 54 0.962

Примечание : « - накопленный одиночный выход рельсов (паи число мест с дефектом 21 в плетях.усиленных постанов- . кой накладок.) ; А -интенсивность внезапных отказов рельсов; Р(Т) - вероятность безотказной работы -рельсов.- 0 - грузонапряженность: о/э - объемно-закаленные рельсы,- 25 и б/п - соответственно звеньевой путь из' 25 м на деревянных шпалах и бесстыковой путь на ке-лезобетонных шпалах. _ „ „

Из анализа таблицы 1.5 следует.что при отказе В рельсов на километр, что соответствует 00 % ресурсу,бепопасность движения поездов на участках бесстыкового пути; (участки N1 и N2) обеспечивается при наработка около 600 нлн.т брутто.а на участие N3,уложенном рельсами длиной 25 метров и деревянниии-шпалами,при тоннаже меняй 600 или.г брутто груза. Дальнейшая ¡эксплуатация рельсов на этих участках требует принятия дополнительных специальных нор (ограничения скорости движения, более частого дефектоскопированил. рельсов и др.) .

2. РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ЛИАПЮСТИКИ •■■• ПОВРЕЖДЕНИИ ГОЛОВКИ РЕЛЬСОВ КОРОТКИМИ НЕРОВНОСТЯМИ.

При аксплуатиции служебные свойства рельсов снижаются нэ-яа постепенного нарастания процесса разрушения поверхостного слоя металла головки, возникновение и развитие различгшх неровностей на рабочей поверхности головки и внутренних усталостных продольных и поперечных трещин. Одновременно нарастает изношенность н расстройства всех элементов верхнего строения пути и земляного полотна, что нарушает равнопрочность и равножесткость пути. Известно, что для уменьшения вредного влияния от коротких неровностей в виде дефектов, 14,49,40 и 46.? па голопк.е рельооп (снижение уровня динамических сил в контакте колеса и рельса,операционных явлений и других расстройств пути и подвижного состава) нормативами предусматривается ограничений скоростей движения поездов до 120, 100, 70. 60-40 км/час при превышении глубини коротких неровностей соответственно 1,3,- ?.-, 3 и "5 ми.

Комплексными исследованиями, внполнонннми во РНИИЖТ МПС под руководством д.т.н. В.Л.Порошина с участием автора (периодические проверки пути и рельсов рагонаии-путоиомвритгллми и рольсо-измярителышми тележками РИТ-4 для эаИера волнообразны* коротких неровностей при их длине до 1 м. рдстиФрогжа получениях на лентах-

осцилограммах материалов и их обработка с применением методов математической статистики, анализ результатов), доказано, что в местах повреждений рельсов такими дефектами наблюдаются просадки рельсовой колеи, количественно п 10 рая превышающий глубину неровностей ,и. связанные с этим выплески и другие нарушения равнопрочно сти и равноясеоткости пути.

Качество содержания пути в значительной степени влияет па экономические показатели перевозочного процесса я на его безопасность. Эксплуатация расстроенного оути увеличивает раскоди на текущее содержание и ремонты пути и подвижного состапа. а рост количества предупреждений об ограничении скорости движения оамодлячт продвижение вагонопотоков. В современных условиях добиться высококачественного содержания пути можно на основе внедрения высокопроизводительных машин и механизмов и переводе дистанций пути на машинн-аированное. текущее содержание пути согласно приказу Министра 27 П от 27.07.1987 Г.

Больших успехов в этом добилась Южно-Уральская железная дорога, где разработана и широко внедрена новая технология работы больших комплексов машин на текущем содержании и ремонте пути при предоставлении "окон" продолжительностью 3-<1 ч. Это позволяет без снилсо-жвния показателей перевозок выполнять большие объемы оздоровления путевого хозяйства, создавая равнопрочность и равножесткость пути (его малая балльность), обеспечивая высокую надежность пути,продляя межремонтный период и сроки служб« всех его элементов, в 2-5 раз снижая число предупреждений об ограничении скорости..

Разрушенный слой металла на рабочей поверхности головки и волнообразные короткие неровности рельсов устраняется поопг- их рцопкока-чественной обработки рельсошлифовальннми поездами.

Однако для реализации в полноП поре псох мс-роприятий по опдороп-

лашш пути и рельсоп прешло псего необходима периодическая высокоскоростная диагностика повреждения рельсов волнообразными короткими неровностями.Такая технология била разработана БНИИЖТом совместно с Алма-АтинскоП я.д. с участием автора. За основу при высок.о-пронзсоднтельноп автоматизированной оценке продольной прямолинейности рельсов был взят прибор,разработанная в вагонном отдалении ВНИИЖТа, базирующийся па двухкратном интегрировании сигнала ускорений букс.Параметры всех блоков аппаратуры подобраны таким образом, чтобы глубина лоротких неровностей па головко длиной до 1 метра измерялись с минимальными искажениями (5-10 . а неровности большой длины ^фактически не Фиксировались.

На Алма-Атинской я.д.такой алектроннояг аппаратурой АКН-2Л обо- • рудовая один на тагоноа-путеиэмэрителей.при этом количество коротких неровностей автоматически суммируется после прохода каждого из "илометров согласно схемы.проведенной на рисунка-2.1. На рисунке 2.2.в вида примера графически изображены результаты автоматизиро-анной диагностики повреждений рельсов короткими неровностями в бесстыковом пути магистрального направления протяжением около 1тис.км, анализ которых показываете плетях основными являются дефекты 46.3. их число на разных участках колеблется от 10 до 35(при глубине 12 ми)и от 2 до 12(глубина 2,1-4 мм) штук на 1 км пути.на отдельных километрах обнарукеш; такие седловины в спарник стыках рельсов глубиной более А мм.Анализ причнн этого-плохое качество сварки рельсов. сварка рельсов в РСП с искривленными концами.

Для автоматизации процесса анализа полученных результатов'контроля (см рис. 2.1.) БНИИЖТом с участием автора разработана специальная программа с использованием ПЭВМ,которая позволяет на только оперативно получать (для заданного участка пути или любых километров) количество коротких неровностей на левой и правой нитке глубиной: 1-2:2.1—4 и более 4 мм.среднее значение глубины неровностей

Пример покилометровой распечатки данных наличия "коротких"неровностей на рабочей поверхности головки рельсов.измеренных с помощью аппаратуры АКН-2 (рапись на цифропечатаюжем устройстве)

95 447 014 00 0 035 04 .0 1 115

96 446 026 02 2 031 10 .А 1 120

97 445 015 00 0 043 00 .0 1 126

98 444 028 00 0 031 00.0 1 122

99 443 010 00 0 016 01 .0 1 075

00 442 028 14 1 031 13.6 1 058

01 441 027 07 2 039 11.4 1 .059

43 020 о. 03.0, 1 w< UJ6,

а 6 л Л л пр гтр пр

1 1 ' 2 3 4 2 3 4 5 б

1 -номер строчки по порядку (1-99.снова 1-99 и т.д.); 1 - номер л Пр

километра пути; 2 и 2 - количество "коротких"неровностеп зафиксированных на левой (л) или правой (rip) рельсовой нитки на каждом км.

л пр л пр

ПУТИ глубиной 1-2 ММ; 3 И 3 - ТОИе. глубиной 2.1-4 ММ; 4 И 4 -

тсае глубиной более 4 мм; 5 - режим работы (цифра V означает, что интервалы по глубине соответствуют вышеизложенный в пп. 2-4; при режима 2 - интервалы по глубине увеличиваются и'составят соответственно 2-4; 1-8 и более в): б - скорость движения поезда. Рис.2.1.

Зависимость числа волнообразных неровностей (И. шт/км) на рабочей поверхности головки рельсов от пропущенного тоннажа Т. млн.т.брутто: глубина неровностей - 1....2 мм (1); 2.1...4 мм (2); более 4 мм (3)

n

100 80 60 40 20 О

L . . /

100

200 300

РИС. 2.2.

400

500

Т. млн.т. брутто

l'j

для этой выборки и еа среднее кпадратнческое отклонение, а также ' нормирование скорости движения поездов на каждом километре в зависимости от степени повреждения рельсов короткими неровностями разной глубины.

Практической значение от использования скоростной автоматизированной диагностик« короткими неровностями очень высоко: посла оперативного контроля пути этой аппаратурой на дорога принимаются первоочореднцо мари(внеочередная шлифовка рельсов при интенсивном повреждении их волнообразным износом глубиной до 2 мм.вырезка кусков рельсов в плетях с седловинами в сварных стыках глубиной более 2-3 мм и вварка бездефектного рельса с помоцыо ПРСМ.рехе - замена отдельного рельса с большим числом коротких неровностей глубиной более 3 мм или введение предупреждений об ограничении скорости двигенля на таких участках), планируются' работы по замене рельсов, а на отдельных магистральных направлениях могет быть назначен внеочередной капитальный ремонт пути. Экономический эффект от внедрения такой технологии на Алма-Атинской в.д.составил около 100 тис. . руб.в год ( в ценах 1990 г.).

3. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РЕЛЬСОВ НА ДОРОГАХ КАЗАХСТАНА 3.1. Многоступенчатая4переукладка старогодных рельсов. Рельсы один из главных олементов ¡млезнодорокного пути, от их , надежности'зависит безопасность движения и бесперебойность работы железнодорожного транспорта, а продление их долговечности - это уканьиониа энергетических, трудових я материальных затрат при эксплуатации пути и подвижного состава, иалезнодороютый транспорт в настоящее время испытывает большой дефицит материальных и трудовик ресурсов,в свяэя с чей чрезвычайно вааное значение приобретает разработка л скорепоев внедрение всах мероприятий.направленных

- • У

на недопущение непроизводительных трудових затрат.изыскание внут-'

ранним ресурсов по улучшению и более полному использованию материальных и энергетических ресурсов.

Рациональное потребление материальных ресурсов предполагает принципиально новый подход-юг многооборотное использование.Концепция однократного их использования в рыночных отношениях изжила ■ себя и экономически.и технически. Кардинально решить эту проблему можно лишь на основе широкого внедрения безотходных технологий.а применительно к железнодорожным рельсам - их многократная ступенчатая перекладка с грузонапряженных на менее деятельные направления с периодическими профилактическими и восстановительными ремонтами.

проблема вторичного Использования старогодних рельсов тяжелых типов особенно ваана для дорог республики Казахстана,так доля рельсов Р50 и тяжелее уке достигла 98* общего протяжения снимаемых при капитальном ремонте пути.Старогодныв рельсы имеют после первого срока службы незначительный износ.а основная масса поврез-дений сконцентрирована в верхней части головки рельса.

Вопросами продления срока слувбы рельсов за счет их.ремонта и улучшения системы повторного использования били посвящены работы П.П.Цуканова. В. И.Ангелейко. В. Н.Данилова,Г.К.Андреева.К.И.Кулагина . М. А. Чернышева, В. Л. Порошина. Л .11. Меленьтева. Л. М. Дановского. М.П.Смирнова и других ученых и практиков.

На основе проведенных Исследований и обобщения опыта железных дорог Казахстана по системе использования новых и старогодных рельсов и их повторному использования мокно градлоЬить следующую систему мероприятий по продлению срока службы рельсов.

Новые рельсы Р65 и Р75 укладывать на груэонапрязгенных направлениях (свыше 40.млн.т брутто в гол)и после пропуска нормативного тоннажа перекладывать на главные линии с грузонапряженностью 2040 млн.т брутто в год. За первый срок службы их необходимо один

раз п 2 года обрабатывать ральсошлиФовальпшш поездами с числом сегмоптоп 70-96 -с числом проходов-не менее 60.такую же обработку делать непосредственно перед снятием рельсов при капитальном ремонта пути или сплошной смене рельсов в кривых.

Старогодные рельсы Р65 долкны подвергаться ремонту в РСП, если за первый срок сл-ужбы они периодически не обрабатывались рольоо-'шлиФовальными поездами.После второго срока службы такие рельсы в третий раз перекладываются на главные линии с грузонапряженность» до 20 млн.т.брутто как при сплошной смене рельсов, так и рельсо-шпальноп решеткой на деревянных или железобетонных шпалах с последующим ремонтом на меоте. Старогодние рельси Р50 используется на станционных путях. Рельси Р43 и более легких типов, как правило, посла первого срока службы отправляются в металлолом.

Одним из основных направлений доляшо бить всемерное увеличение объемов сварки новых и старогодных рельсов в плети бесстикового пути как ресурсосберегающей конструкций пути.

Для восстановления дефектных рельсов в пути нужно широко применять такие прогрессивные технологии,как гаэопорошковая наплавка термомеханкческих повреждений в головке,усиление сечений с дефектами 21 постановкой накладок,использование дифференцированных норм числа проходов рельсошлиФовальних поеэдои при удалении волнообразного износа головки.изолированных нероеностоп в виде садло-пшш в зоне сварных стыков пли ив поврежденного поверхностного слоя металла головки.наплавка изношенных концов рельсов.применение для ¡швентаркмк рельсов или иокилометрового запаса только отремонтированных рельсов с обрезкой концов.широкое использование передвинных рельсосварочных машин.

Презде всего необходима разработка более совершенной техноло-

*

гии обработки рельсов в пути отечественными рельсошлифовальными'

поездами. 2-1355

3.2. Оптимизация работы рельсоишифовальных поездов. При рассмотрении вопроса о прогнозировании количества проходов рельсошлифов&льных поездов необходима изучить закономерности полоса, а также Форму неровностей на поверхности катания рельсов.

основными видами неровностей на поверхности катания рельса являются неровности волнообразного вида (дефекты 40.49 и 46.3) изолированные короткие неровности от пробуксовки колесами локомотивов (дефекты 14).. .

Обследование снятых с пути при капитальном ремонте рельсов показало, что средневзвешенные длины волн составляют 800-1000 мм.Как показал опит эксплуатации.объемно-закаленные рельсы Р65 с наработкой тоннажа до 800 млн.т.брутто.эксплуатируемые в средней части рельсовых плетей.имеют вертикальный износ на более 3,0 мм.На уравнительных звеньях этот износ не превышает 4.5 мм.

На рис.3.1 приведены полученные автором закономерности вертикального износа объемно-закаленных рельсов Рб5 в зависимости от пропущенного тоннажа'(на полигоне главных линия около 1 тыс.км).

Изучение автором попрезданности головки рельсов воЛнообразнани

*

короткими неровностями на этом ке полигоне показало,что их профиль вдоль пути моено рассматривать как реализацию нормального стационарного процесса с последствием.обладающего свойством эргодичности. .

В начальные момент времени после укладки на поверхности рельса имеется некоторая неровность,которую обозначим через у(о).По мере эксплуатации глубина неровности на поверхности рельса растет.причем это изменение на рельсах носит случайный характер.

Для оценки степени гладкости поверхности используем величину сродней высоты неровностей.

• К

(3.1)

2-1355

ГраФикл вертикального износа головки рольсов У ми г-3

200 400 600 ВОО 1000 Т .Ш!. Т. брутто

1-у-0.15УТ - уравнительные рельсы в кривой радиусом й-бЗО н;

2-у»0,12У7 уравнительные рельсы в пряном участке пути.

3-у=0.ЮбчГг - середина плетя. 11-650 м:

4-у=О.Ов-/т - середина плети.в прямой путь

Рис.3.1

Профиль поаерхности головки рельса.

,У«б)

\д| ^......

1

у(0)

С'ресмая линия

/¡р&рилЯ

-¡.„л

Рнс.'З.г.

оптимизация резимов механичпской обработки рельсов.

у( 0 )

Г\1Х- • •

Средняя линия

у(6 )

. в

V

Рис. Э.З.

а также величину среднеквадратичаскоп высоты неровностей

Н ск.»у- | Ъ (0)(1Э , (3.2)

где 9 - длина трассы. При вычислении Н ср.измеряются высоты неровностей от вершины до впадины (рис.3.2,а) .При вычислении Н ск..высоты Ь(6) (рис.3.2.6) измеряются от прямой.называемой средней линией профиля.

Распределение случайной величины )н8) мояет быть определено

2

Ь

1 " гб"4

Г (Ь)- — в , (3.3)

о Угле

где • <э«> Иск. •

Для определения числа проходов рельсошлифовальной машины или глубины строкки металла на головке рельсов особое значение имеет длина несущей поверхности. Если над средней линией профиля па расстоянии и провести параллельную ей прямую.то линия профиля,вырежет из этой прямой куски случайной длины (Рис.3.3). Суммарная длина 8(и)атих кусков называется несущей поверхностью, находящейся на расстоянии и от средней линии профиля.

математическое ожидание случайной величины 3(и) равно;

ш (Э(и)1_ [1-Ф , (3.4) ■

где ф - функция Лапласа.

Дисперсия Д (в(и1! определяется

£ I Гт(У). и 2 о «•

0[в{ил-^ (<Г'-1 ' (Э.5Г. .

где о*. > 0 некоторая постояная.

(V) <

Производные Ф (г) от функции Лапласа табулированы.Математическое окидание числа точек- пересечения линии профиля со средней линией к с прямой проведенной на некотором расстоянии и от средней линии определяется по Формуле: - у*

га 1п(и)| - ^ в , (Э.6)

где кд (0) дисперсия величины b((J) В частности.математическое ожидание числа пересечений со средней линией профиля определяется:

т (п(Э) I - ~ у-'У^^Тд (3.7)

Математическое ожидание гребешков в (V),выступающих над уровнем и определяется по Формуле-.

Иг

и о- V (£))]б (3.8,

Определяя по Формулам (3.1 - 3.6) величины Н^р , гп (&(и)),/я(УМ} к их дисперсии иокно определить количественно снимаемого металла, срок службы шлифовальных кругов или ревущего инструмента.

Для оценки гладкости шлифовальных кругов используем величину

с! О

Математическое ожидание можно определить зависимостью,-

R . - j|/iiei|oie

ш - о.в

По вышеизложенной методике составлена программа на ПЭВМ для прогнозирования проходов рельсошлиФопалышх машин.

Виыеизлокешше теоретические материалы могут-бить использованы при оптимизации ренимоа реэания и нормировании расходов млиФоваль них кругов работниками рельсосварочных предприятий дорог.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПРОДЛЕНИЯ СРОКА ' ' СЛУЖБЫ РЕЛЬСОВ ЗА СЧЕЛ' РАДИАЦИОННО-ТЕРМИЧЕСКОП

ОБРАБОТКИ ГОЛОВКИ >

4.1. Изменение слуяебнцх свойств рельсов и эксплуатации.

После укладки новых рельсов и путь, как было исследовано во ВНЖСТТе, МИИТе и других организациях.постепенно изменяются их служебные свойства-, головка изнашивается, нарушается прямолинейность поверхности катания рельсов, происходит наклеп поверхностного слоя, сопровождавшийся изменением напряженного состояния рельсов

и твердости металла на глубину до 8 мм у незакалениых и до 3 мм у обьемнозакалонных рельсов.

После прохода по рельсам 200-250 млн.т груза в результате пере-каклвпа и термзмаханичаского воздействия колес в поверхностном слое металла развиваются микротрещнни. глубина распространения которых после пропуска межремонтного тоннажа у иаупрочнемных рельсов достигает 1 мм. а после сверхнормативной наработки тониаха - 1,52 мм (по оси симметрии рельса) и 2,5-3 мм (по боковым закруглениям головки). Термически упрочненные рельсы в большей мере сопротивляются развитию поверхностных трещин, глубина распространения которых достигает 0,5 мм (нормативный тоннаа) и 1 им (сверхнормативный тоннаа). Наличие поврежденного мшсротрещинами поверхностного слоя металла головки приводит к снижению прочностных характеристик полнопрофильных рельсов в пути при отрицательном прогибе (головка в зоне растяжения) , так. как уменьшается сопротивление их хрупкому разрушении, в этом случае, как доказано исследованиями д.т.н.Б.Л.Порраина. необходимо произвести удаление микроповреэден-иого слоя посредством механической обработки на глубину 0,5 им по оси симметрии рельса, что восстанавливает служебные свойства с 20-60 X до 80-90 % от их уровня для новых рельсов и продляет срок слувбы рельса на 100-150 млн.т брутто.

4.2. Продление срока слувбы рельсов за счет их термической обработки

4.2.1. Состояние вопроса

Одно из направлений продления срока службы рельсов и восстановления их работоспособности в пути является термическая обработка поверхностного слоя металла головки, в результате которой за счет упрочнения металла повышается его износостойкость,уменьшатся интенсивность развития микротрещин и глубина их распространения,повиваются прочностные характеристики рельсов.

Термическая обработка (ТО) новых рельсов на зазодах применяется как объемная в масле, так и поверхностная, причем о качества охлаждающей среды в разных способах используются вода, водовоз-душная смесь, масло и т.п.. что требует специальных охлаждающих устройств ( нагрев производится с печного нагрева рельсов.с использованием токов высокой частоты- ТВЧ).

Последние годы д.т.н.В.Л.Порошиним,к.т.н.Н. .4. Александровой и А.А.Васильевым были получены гюлояительны'е результата в исследованиях способов продления срока службы рельсов их термообработкой, используя для нагрева голоски электронный луч- радианионно-термичаская обработка рельса па ускорителях (РТО)- авторские свидетельства СССР {ТО 869345. 339272, 875859. Анализ их работ показал следующее: при прохождении электронов через твердое кристаллическое вещество происходит их упругое рассеяние и неупругое взаимодействие. Взаимодействуя с атомами вещества, электрон те-ряат онергип на ионизацию, возбуждение атомов тормояякей среды и радиационной потери. В результате такого взаимодействия, электроны. проникая на глубину максимального пробега в данном веществе.

передают почти вся своя энергию, что вызывает локальный скорост-1

ной разогрев всего облучаемого объема металла. После нрокраиения облучения происходит охлаждение по обычная законам теплопроводности вследствие передачи тепла в основную кассу металла.

Современные линейные ускорители олр.ктронов позволят1 получать потоки электронов высокой энергия и плотности. Использование такой техники дает возможность нагревать рельсы с большой скоростью и локальностью, управлять конфигурацией, глубиной и температурой в зоне нагрева, при этом на требуется применения охлаядающего оборудования.

После механической обработки поверхности катания головки нега- . каленных (НВ 260) рольсоп производится непрерывно-последовательный

нагрев положи элькгроннии пучком до температуры 950 О на глубину 2-6 мн и закалку с анергией ускорителя 3 МэВ. В результате происходит закалка с образованием в металле верхнего слоя головки структуры иореита завалки с твердостью НИ ЗСО-Зви.

Для повышения контактно-усталостной прочности и износостойкости термическу упрочненных рельсов ЭТО производят пучками электронов с интервалами мекду ними по ширина голоски 0,1-4,0 мм с созданием многослойной комнсаитной структуры, при оток нагрев проиово-

14

дят Електронаии с анергией 0,1-15 МзВ интенсивностью 0*10 17 2

- 1*10 гл/см 'с при скоростях продольного перемещения рельсон при РТО до 100 мм/с.

Разработан также способ повышения производительности механи-. ческой обработки поверхности катания головки термически упрочненных рельсов за счет улучшения обрабатываемости: при нагревании

о

голошеи электронным пучком до температуры 450-700 с происходит отпуск металла (разупрочнение) и его твердость сиикается с -420-360 НБ до 240-2С0 НБ.

1.2.2. Восстановление служебных свойств старогодных рельсов РТО

в приведенном в п.4.2.1.,анализе рассматривались новые ральси и рельсы, пропустившие тоннах не более нормативного. Эффективность РТО старогодных обьемиоэакаленпых рельсов Р65", пропустивши» 'сверхнормативный тонная ( 600-800 млн.т брутто), изучена не била ,поэ-■

*

тому низке приводятся краткие результата таких исследовании.виаол-- ненних. с участием автора.как поисковая работа.

Комплексные исследования включали в себя целый ряд этапов:отбор рельсов непосредственно в пути на грузонапряженном направлении Джамбул-Арысь после пропуска тоннажа 600-800 млн.т брутто . вырезкой из них 24 полнопрофильных проб длиной 1,2 и, из которых в последующем по специальном методикам.вырезались темплзты и образ-

цц для. их РТО по разним режимам .а также подвергнуты испытаниям нл статический и ударный нэгиб. Из части рельсов били подготовлены микрошлиФи и макрошлифы для исследований Физико-механических характеристик рельсовой стали до н после РТО. часть рельсовг длиной 1.2м била подвергнута стендовом испытаниям на статический изгиб (до и после РГО).

Анализ металлографических исследований, лабораторных и стендовых испытаний показал, что служебные свойства обьемнозакаленных старогоДных рельсов Р65 изменяются в пределах, полученных ранее другими исследователями,

Исследования эффективности РТО термически упрочненных.рельсов Р65 выполнялись на ускорителях новейшей конструкции по пнопь организованном сибирским Филиалом АН России и институтом атомной энергетики в городе Липецке Центре радиационно-термических исследований . При этом поверхность головки облучалось электронным пучком по нескольким режимам: Полосами вдоль головки без перекрытия одна другой, го же - но 'С перекрытием примерно на 1/4 ширины полосы, обработка гАссеянньт пучком и обработка полосами поперек головки рельса как с перекрытием полос, так и без перекрытия с разными величинами интенсивности облучения и ее скорости. Что очень важно-удалось выдержать температуру металла при облучении

для разных серий образцов в одних и тех же пределах (750.900.1030, о

1200,1350,1500 С) для каждого иэ- режимов РТО темплетоп.

Полученные результат» доказали яФФектипиость РГО на ускорителях новейшей конструкции при диапазоне температур 750-900 С (глубина упрочненного слоя металла до НВ 340 составила 2.5 -3 мм).

Прочность рельсов после РТО (сравнения производились по ударной вязкости рельсовой стали) превысили нормативные значения для обьемнозакаленннх рельсов на 10-2Я тогда как поело первого срока службы эти значения били на 15-20 я; ниже нормативного значения.

Проведенные автором поисковые исследования возможности применения для восстановления служебных свойств старогодных рельсов ресурсосберегающей технологии упрочнения поверхностного слоя металла головки с использованием современных ускорителей,позволяющих получать потоки электронов высокой энергии и плотности, доказали практическую возможность разработки технологии РТО рельсов для повышения их износостойкости и ресурса долговечности.

4.2.3. Продление срока службы рельсов в кривых за счет РТО

В кривых участках пути.как известно, наблюдается интенсивный износ боковой рабочей выкружки•головки рельсов. Для устранения негативных последствий от такого бокового износа голопкн рельсов нормативом предусматривается в период между капитальными ремонтами пути производить промежуточные сплоипше смены рельсов новыми с интервалами: в кривых радиусами 650 м и менее -.дважды, от 65) до 1000.м -один раз ( т.е. нормативные значения тоннажа уменьшаются соответственно в 3 и 2 раза). Однако ио-па отсутствия необходимого количества на дорогах новых рельсов такая промежуточная смена рельсов даже в крутых кривых выполняется редко, что вызывает снижение уровня безопасности дошузиия .поездов. Кроме того.требуются дополнительные меры по повышению износостойкости рельсов именно з зоне боковой выкружки головки. 1

Проведенные автором исследования эффективности РТО новых и старогодных рельсов в зоне бокового закругления головки, доказали техническую возможность таких мероприятий. Во-первых, после обработки поверхности, катания головки рельооп гэлектропными пучками твердость металла была повышена до НВ 420 - 430 на глубину до 2-5 ин( é зависимости от режима РТО). Во-пторых. эффект от такой обработки рельсов заключается и □ том,что создавая п зола действия максимальных контактных плприжпнип h mny. бо.по.о оисокую

твердость металла ( т.о. именно здесь от неметаллических включений зарождаются дефекты конгактно-усталостного происхождения 11 и 21 ). способствуем отдалению начала контактно-усталостного разрушения металла на макроуровне, резко ¡замедляем интенсивность роста внутренних продольно-наклонных усталостных трещин (ВПТ).Теи самым значительно замедляется скорость роста поперечных усталостных трещин в гслооке (дефектов 21), что создает благоприятные условия для своевременного обнаруяенля дефектоскопними средствами опасных трепшн в головке рельса.

ОЗработ&шшо так,ни образом новое рельсы (з также старогодние-посло профильной обработки рабочей поверхности головки) долями быть улохени преяда всего и наружные нити кривых участков пути, полигон для укладки таких рольсоЕ-сшше 15 тис:.км.

Таким образом, данная поисковая работа доказала возможность радиационно-тврмичоск,оя обработки голозад рельсов в зоне рабочей выкруглен головки специально для укладки в наружную нитку кривых участков кути. . •

5. ПОВЫШЕНИЕ.РАВНОУПРУГОСТИ ПУТИ ЗА СЧЕТ ПРИМЕНЕНИЯ ВИТУМОСОДЕРЖАЩИХ ПОРОД Применяемые и настоящее время конструкции нижнего строения пути имеют сладуЮ'.чио недостатки глярапномешость накопления остаточных деформаций а следствие неравноупругоетн и малого запаса прочности основания;потребность частых ремонтов,а в результате их проведения - накопление большого количества балластного материала и загрязнителей на пути, приводящие к снижению ого гесущея способности .

Использование известных рекомендаций но усилению основной площадки слоями дорнита, пенопласта. гидроизоляции верха пемлян-ного полотна полихлорвшшловыми пленками не удовлетворяет путей-

цев из-за высокого уровня ручного труда и сравнительно невысокой надежности. Такие меры в полной мера на позволяют снизить трудоемкость путевых работ и поэтому они ив перспективны.

Анализируя способы повышения равноупругости пути, можно разработать новый с использованием имеющихся в Казахстане нефтебитуми-ноэных пород (киров). Их Физкко-механичоские и теплоФизические свойства изучены учеными АлИИТа Исаенко 3.1!. .Ураэбековым А.К.. Пекер А.И..Косенко С.А.

Для повышения райноупругости железнодорожного пути предлагается новая конструкция подрельсового основания. На основную площадку железнодорожного полотна укладывается слой из киров.на него - рельсо-шпальная решетка по слою щебеночного (или асбестого) балласта, толщина которого под шпалами составляет 15...20 см. Конструкция допускает возможность работы электробалластера, выправок пути машинами ВПР, ВПО.

Для проверки работоспособности конструкции подрельсового основания с использованием киров были заложены 11 опытных и контрольных участков в различных климатических и эксплуатационных условиях.

На участке N 1.для усиления подрельсового основания уловен кир. К 2...5,9,10 - кироминеральные смеси,на участке N б основная площадка "омоноличена"• битумом.На участках N9-10 опытные участки-на асбестовом балласте.остальные -на щебеночном. Основное характеристики опытных и контрольных .участков приведены в таблице 5.1.

Процесс накопления остаточной деформации верхнего строения пути определяется, высокоточным нивелированием первого класса.Профиль геометрических неровностей был измерен с помощью нивелира НА-1 и рейки РН-1 через каждую шпалу. Контроль осуществлялся нивелированием по связующим точкам.т.е. прямой ход включал в себя все расчетные и опорные точки.а Ъбратний-лишь опорные точки каждой иэ стоянок.Осадка основной плоаадки наблюдалась путем нивелирования по маркам, установленным на ее поверхности.

Таблици 5.1. Характеристики опытных я контрольных участков.

Н уч-ка Тип рельсов : ТИП •.«пал i Протяжен-.пость •участка,м Грузонапря- : жемностъ МЛН.Т КМ/ГОД: Толщина балласта .см/вид балласта Тип усилив ще.го слоя, тина.см

1 Р50 . дер. 60 23 20/щеб. Киры. 18

2 Р65 S. б. 37. 5 64 15/'.цеб KMC.17

3 Р65 дер- 37. 5 64 15/юеб KMC.17

4 . ю . 64 23/щеб KMC.12

5 45 64 25/иеб KMC. 8

6 •• 25 64 35/ЩРб Битум

7(К) я.б. 150 64 33/иеб -

В! К) дер- 150 64 35/шеб -

9 175 " 20 15/асбост KMC—12

10 20 15/асбест КИС-10

11 (К) 300 25/асбест -

Примечание: (К) - контрольные участки

Статические параметра значения остаточной деформации рельсовых нитей вертикальной плоскости по маре роста пропущвнного тоннака для характерных участков дани в таблице 5.2. Выравнивание эмпе'ч-ческих рядов распределения значения остаточной деформации показало. что они описываются кривыми на противоречащими нормальному закону распределения.

Проверка правильности гипотезы о виде Функции и значении ее параметров по результатам экспериментов проводилась по критерию согласия К. Пирсона.

Данные таблицы 5.2 показывают, что при устройстве под балластного слоя из кира повышается стабильность железнодорожного пути. При усилении подрельсового основания прослойкой из кироминеральной смеси толщиной 17 см остаточные деформации после пропуска 95 млн.т.

Таблица 5.2.

Статистические параметры накопления остаточных деформация

N уч-ка Толщина слоя, в см Тип рельсов шпал Статические параке тры накопления остаточных деформаций при пропуске тоннага, в мм

У эу/к г* У : Эу/к : У : ЗУ/К : У , : 5у/К У Зу/к :

; 5 20 ' : 37 70 95 ■

1 . 18 Р50 ДЭР. • 0.63 0, 132 0 .84 0. 184 —-— 0 0.22 0.225 .98---1 0.22 0.287 ,25 ----- 0.28 1 .30 С. 314

0,21 0,24

2 ■ 17 Р65 е.б. 0.59 0.132 0. 21 0 ,84 0.184 0.22 0.225 .98 ---- 1 0,22 0.287 .25 ----- 0, 28 1 .30 ' 0.312 0. 24

3 17 Р65 дер. 0.63 0,144 0.23 0 .84 0,185 0.22 0, 307 .99 ---- 1 0,24 0.307 ,28 ---- 0.24 .39 0.350 0.25

7 Кснтрольн. Р65 я. б. 0.8 0.238 0. 33 1 .95 0.624 . 0.32 0.864 .79 ----- 4 0.31 1,44 .36 ----- 0.33 5 .13 1, 900 0.37

8 контрольн. Р65 дер. 0.362 .0/33 2 .95 1.032 ----3 0.35 1.286 75 ---- 5 0.37 ■ 2,08 ,47-- 0,38 б .31 2.522 0.40

брутто на участках пути с железобетонными и деревянными шпалами (участки N 2.3) соответственно п 3.9 и 4.5 раза меш-ле.чеп на участке с типовой конструкцией пути (участки N 7.8.). Если сразнитъ опнт-1ше участки с различными конструкциями пути (например. yjaoti-.ii n г! и 3), то видно, что после пропуска 95 млн.т. брутто груза на опытных участках п железобетонными шпалами величина остаточной деформации на 10* меньое, чем на участке с деревяшшми. Величина проопояки из кироминералыюп смеси одинакова на обоих участках. Сровнс-ние накопления величин остаточных деформаций при асбестовом балласте показал, что на опатямх участках с кираки и тсироминеральными сносями (участки N 9,10) величина остаточной деформации приблизительно в 3.4 раза моньйо, чем на контрольном участке Mil.

При упаличепш! толцини прослойки из кироминеральной смеси с я до 12 си величина1остаточной дефорианни после пропуска 95 млн.г.брутто снижается п Г.зз, а с 12 до 17 он - 1.36 раза. При омоноличнванни основной плоцадки рпдккм битумом величина остаточной, деформации после пропуска, 95 млн.т.брутто грузе/в 1.37 раза меньше, чем на г.онтт рольном участ.чо с типовой конструкцией подреиьсового основания.

По лоре роста пропушанного тоннаяа на опытных и контрольных участках происходит неравномерное накопление остаточной деформации вдоль гвлазкодороаного пути. Неравномерности накопления осадою характеризуется величинами сродиеквадратны): отклонений.

Изменения распределения средних значений величин остататочных дафоркацнп аппроксимировании внраяени5м вида:

•2

У (Т) - А + ВТ + СТ (5.1)

D таблице 5.3 приведены зависимости изменения средних значений величин сстаточной деформации с ростом припущенного тонн для железнодорожного пути с рачличтгми хнрлкг»пп0'п1к<>ми.

Таблица 5.3

Зависимости накопления остаточных деформаций железнодорожного пути в вертикальной плоскости

Номер участка

Расчетные зависимости

Критерий согласия

2 -5

1 У-0.56+0.0143«Т-6.69«Т *10

2 -4

2 У-0,5X7+0.023»Т-1.62*Т *10

2 -5

3 И 10 У«0.563+0,014*Т-5,6*Т *10

2 -5

4 У-0.504+0.022*Т-5,95*Т *10

2 -5

5 У-0,67+0.027*Т-7.89»Т «10

б

7

8 9

11

2 -5

У=--0.336+0527»Т-5.734*Т *10 2 -4

У«0,48+0.074*Т-2.61*Т »10

2 -4

У-0,52+0.082*Т-1.82»Т «10

2 -4

У=0.495+0,019*Т-2,03«Т *10 2 -5

У-0,57+0,09Э*Т-1,28«Т "10

21.0 26,2 21.0 19.7 21.0 15,5 23,7 21,0 26,2 21.0

16.1 14,7 18,6 0,7 12,3 14,1 9,5 18.0 17,3 10,9

Примечание: Т - пропущенный тоннак

Результаты расчета критерия qoглacия подтвердили гипотезу, что средние значения величин остаточных деформаций вертикальной плоскости описываются полученными зависимостями.

Используя экспериментальные данные, приведенные в таблице 5.2, получили среднюю интенсивность накопления остаточных деформаций (табл. 5.4? .

как видно из данных'табл. 5.4 на участках с прослойкой из киро'в толщиной 12 см и бояре осадки пути были в'3...5 раз меньше, чем на

контрольных участках. При ртом улучшилась и раснокесткосгь пути. Безусловно это привело к уменьшению объема работ по выправке же.пеэ-нодорояного пути в продольном профиле.

Для обоснования периодичности планово-предупредительных выправок пути использовалась методика, основанная на свойствах кривой накопления неисправностей. Э табл. 5.4 дана периодичность выправочлых работ для различных конструкция пути.

таблица 5.4

Интенсивность накопления осадок и периодичность поправочных работ селезнодорозного пути

Н : Статкстическис характеристики ннтонсивнос-уч- : ти накопления осадок пути, мм/млн.т.брутто

ка ' ---------------------------------------------

: среднее :сраднеквэдратическоо:коэффициент отклонение: отклонение : вариации

1 0, .022 0, ,005 0,23 130

2 0, .023 0, 005 0,22 118

ЗИ10 0, .026 0, ,007 0,26 120

4 0, .028 . 0. . С07 0.25 108

5 0, .036 0, .011 0.31- 96

б 0, .056 0. .019 0,33 64

7(1« 0', .062 0, .022 0,34 57

8(К) 0. .086 0, .031 0.38 52

9 0, .041 0, .009 0. 20 52

______ _ _ — — — —— — — — — —__ ___ __

Нормы допустимого накопления остаточных деформаций для назначения планово-предупредительных работ были приняты в соответствии с Инструкцией по текущему содержанию нелезнодорокногс пути.

При устройства подбалластного слоя из кирсв объемы выправочных работ уменьшаются в среднем в 2...2.5 раза (табл. 5.3). Для восстановления равноупругости пути выправочные работы на участках долины

производиться при звеньевой пути ^а щебеночном балласте и деревяи-3-1355

: Периодичность : выправочних : работ

: Илн.т.брутт-

них шпалах поело пропуска. ЬО млн.т брутто и железобетонных шпалах-60 млн.т.брутто. Устройство слоя из киров позволяет производить вы прааочные работы через 100...120 млн.т.брутто для звеньевого пути на чеоеноч.чок балласте.

Для восстановления равноупругости пути на асбестовом балласте выправочные работы следует производить после пропуска. 40 млн.т.брутто, а при з.силонии подрельсового основания кирами выправочкыо работы нуяно производить после пропуска. 70. . .80 млн.т.брутто.

заключение

Автором диссертационной работы решена задача по рациональному использованию рельсового Фонда на Алма-Атинской калевкой дороге аа счет автоматизированной системы диагностики коротких волнообразных неровнейностеР на головке рельсов и внедрения комплекса мар по улучшению условий их эксплуатации в пути.

Б результате теоретических и экспериментальных исследований сделаны следующие выводы: . .

1. При невыполнении нормативных требований текуцаго содержания железнодорожного пути в рельсах возрастает число дефектно, преаде всего связанных с нарастадиек процесса разрушения г.оаорхосткого слоя металла голоаки. возникновения и развития различных -волнообразных коротких неровностей (длиной каиеа 1 м) на рабочей поверхности головки и внутренних контактно-усталостних поперечных с продольных трещин (дефектов 21 и 11). Одновременно нарастает изношенность и расстройства всех элементов верхнего строения пути'п гвюмпшого полотна, что нарушает равнопрочисгсть и равно&вст&о&ть пути.

2. Раарушенный слой металла на рабочей посархкостп голоски я волнообразный износ рельсов устраняются посте кх обработы: рельсоЕЯН-ФоЕальными поездами. ' • . ' ~ ...

„'Для рег-.пизации з полной.мера всех мероприятий по оздоровлении

• ■' " ■ 3-1355

рельсов необходима скоростная автоматизированная диагностика повреждений рельсов волнообразными короткими неровностями.

3. Для диагностики повреждений рельсов волнообразными короткими неровностями на дороге используется электронная аппаратура ЛКН-2Л. Для автоматизации процесса анализа полученных результатов эазрчбота-на программа, для ПЭВМ. Экономический эффект от внедоекия этой системы на дороге составляет около 100 тис.руб. в год (в ценах 1990 г.).

Изучение неровностей на рельсах показало, что профиль вдоль пути можно рассматривать как реализацию нормального стационарного процесса с последствием, обладающего свойством эргодичности, определяя величины Н ср. Н ск. ш (S (U)), m (О (U/J и их дисперсии можно определить количество снимаемого металла, срок, службы шлифовальных кругом или режущего инструмента (если производится строганий). а такжо количество проходов шлифовального поезда.

5. в качестве поисковых исследсванля автором изучена возможность восстановления слукебннх свойстз старогодных рельсов с использованием передовой ресурсосберегающей технологии - радиационно-термичес-кой обработки головки электронными пучками га ускорителях (РТО). на основа ранее выполненных работ и собственных'результатов металлографических я стендозых исоледо ваний темплетов и полнопрофильных рельсов.пропустивших тоннаж 600-800 млн.т.брутто, шла дохаэанна возможность практической разработки тахнологли рто таких рельсов для восстановления их ирочпостних свойств до уровня прочности новых рельсов.

6. в целях сокращения эксплуатационных расходов к.д.пути для повышения равноу пру гости и снижения уровня динамических сил на стыка;:, вибрационных явлений и других расстройств пути (повышение несущей способности основной площадки, лечение пучинных мест)можно использовать битумосодераащиа породы, добываемые в Казахстане. Устройство лодбалластного слоя из битумоеодержаишх пород повышает стабильность келеэнодорожного пути в 2-3 раза, снияает темпы остаточных

деформаций н 2-2.5 раза., уменьшает объемы выправочных работ на 5U-8U улучиает раекоиесткость пути.Прослойка из кира на 20-25% выравнивает амплитуду напряжений и снижает вертикальные прогиби пути. улучшает взаимодействие пути и подвижного состава.

Основные результаты выполненных исследований отражены в следующих публикациях :

1. закиров Н.А...Кухатаева Ш.К. .Порошин В.Л. Пути продления срока с.чукбм рельсов и обеспечения безопасности движения. /Алма-Ата., каэниинги, 1"90. - 40 е./

2. омаров А. Д. , Закиров Н .А. . Порошин В. Л.. Колотушки« С.А.,Киза-тов е.А..Абрамов И.И. Пути повышения качества деФектоскопного контроля рельсов при обеспечениие безопасности двикения поездов. /Алма-Ата. ЯаэНИИНТЙ, 1990. - 60 е./

3. Уразб-зг.ов Ь. к., Исиноканов Б.А..Закиров Н. А., Аликенов Т.Б., олжабаев к.А. Обеспечение надежности железнодорожного пути при повышении интенсивности его использования.

/ Алма-Ата. КазНИИНКИ. 1991. - 101 С./

4. уразбекон А.К..1;екер А.П..Закиров H.A. .Иримбетов М.А. экспериментальные исследования расчетных характеристик лсе-лезнодоооЕгного пути с усиленной основной площадкой. /Алма-Ата,1992 г. с.67-68 .Тезис докладов 11 Межгосударственной научно-технической конференции "Проблемы прочности материалов и сооружения на транспорте" - Алиит, 1-4 октября 1992 г./ •

■5. омаров А.д. .майнцер в.А.,Закиров H.A.. ыухаметжанов К.е..Порошин в.Л..Чухатаева Ш.К..Холодова Е'.Б. Диагностика неисправностей железнодорожного пути и эффективность восстановления-его работоспособности. / Алма-Ата. КазНИИНКИ. 1991.-46 е./

6. Иоаенко Э.п..Ураэбеков А.К..омаров А.Д..Иеииомаиов Б.А.. • Некср Д.И,.Косенко К, А., Пригон-тов М. А, .Уагсшюв H.A. • ' Использование бптуиосодеряащпх пород в элементах железнодорожного пути. /Алма-Ата. КазНИМН'ГК. 1992.,-И! е./ ' «> .

7. омаров H.a..Мухатаеаа Ш.К..Карабаев И.С..Закиров H.a..Порошки в.Д. Диагностика волнообразного кзиоса. головки рельсов /Информационный листок.Алма-Ата.КазНИИНТИ, 1989.-8

8. Закиров H.A..Сайтов Н.С..«уКатаев?. И.К..Кадырова А.К. Контроль за покиломатровым запасом рельсов-залог безопасной работы жолезнодорояного пути. /Информационный листок.' Алма-Ата. ЖШТИ Алма-Атинской железной дороги, 19В9. - 4 е./

9. Александрова Н.М..Закиров H.A..Порошин В.Л. Восстановление работоспособности старомодных рельсов радиационно-терминес-кой обработкой. /Алма-Ата,КазНИИНКИ. 1992.-54 е./

10 .Закироь H.A. .Гюрошин В.Л.Лирин В. 11. .Тихомиров В.М..Киза-тое H.A. оценка работоспособности рельсов и меры но продлению их срока службы. /Алм-ч-Ата.КазНИИНй-И, 1992.-53 е./

11.Кудрявцев H.H..Порешин В.Л..Белоусов В.Н..Сосковец В.М., Закиров H.A. .Омарова Б. Л. Индикл/гор коротких неровностей рельсов ИКН-2А. /Алма-Ата. ГСазНИИНКИ.'1992. -15 е./

12.Грищенко В.А..Эакнроа Н.Л. Оценка параметров потока отказов рельсов на участке с учетом его нестационарности.

- Сборник трудов МИИТа N 844 "Повышение надежности работы железнодорожного пути". И-. ,1992 г.. с. 54-58.

13.Иванов П.С.,Закиров Н.А..Гулемисов Т. Способ ремонта железнодорожного пути. /Информационный листок.ЛИНТИ Алма-Атинской железной дороги, 1992. - б е./

14.Иванов П.С..Закиров Н.А..Тулемисов Т. Устройство для срезки балластной призмы железнодорожного пути. /Информационный листок. ДЦНТИ Алма-Атинской железной дороги, 1992. - б е./

13.Карабаев И.С..Закиров Н.л..мухлтлева Ш.К..Порогаин В.Л. Повы-вение эффективности использования рельсов за счет их ремонта на рельсоремонтннх предприятиях./Алматы,КлзНИИНКИ.1993.-29с./

1б.Порошин В.Л..Сасковец в.Н..Закиров Н.А.,Прилепко Л.И.. Абрамов И.И. Диагностика коротких неровностей.- "Путь и путевое хозяйство". 1993. N 7. с.30-33.

Подписано в печать 25.11.92. Формат 60x84/16. Бум.тид.Л 2. Печать офсетная. Усл.печ.л.2,15. Усл.гр.-отг. 2,32. 7ч.-нзд.л. 1,4. Заказ 1355. Тираж 100.

Типография КазЯ/ИНКИ, 480096,г.Алма-Ата, Бог евбай (Загара, 221.