автореферат диссертации по транспорту, 05.22.06, диссертация на тему:Особенности проектирования и эксплуатации бесстыкового пути в кривых

005555857

На правах рукописи

3=>£Л__

Карпачевский Вячеслав Вадимович

ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ БЕССТЫКОВОГО ПУТИ В КРИВЫХ

Специальность 05.22.06 — Железнодорожный путь, изыскание и проектирование железных дорог

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 7 НОЯ 2014

Москва 2014

¿у

»V

005555857

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном

образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ростовский государственный университет путей сообщения» (РГУПС) на кафедре «Путь и путевое хозяйство».

Официальные оппоненты:

Карпущенко Николай Иванович, доктор технических наук, профессор, федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Сибирский государственный университет путей сообщения» (ФГБОУ ВПО СГУПС), кафедра «Путь и путевое хозяйство», заведующий кафедрой.

Суслов Олег Александрович, кандидат технических наук, ОАО «Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта», лаборатория «Бесстыковой путь», заведующий лабораторией.

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I» (ФГБОУ ВПО ПГУПС).

Защита состоится 25 декабря 2014 г., в 13.00 на заседании диссертационного совета Д 218.005.11 на базе федерального государственного бюджетного образовательного учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет путей сообщения» (МГУПС (МИИТ)

по адресу: 127994, г. Москва, ул. Образцова, д. 9, стр. 9, ауд. 1235.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте МГУПС (МИИТ), www.miit.ru.

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Новакович Василий Иванович

Автореферат разослан « » ноябрь 2014 г.

диссертационного совета

Ученый секретарь

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. На сети железных дорог России бесстыковой путь в силу своей высокой эффективности стал основной конструкцией верхнего строения железнодорожного пути. Однако нормативными документами пока исключается его укладка в кривых участках радиусом менее 250 м. В районах с суровым климатом бесстыковой путь по условию прочности и устойчивости без дополнительных требований нельзя укладывать на участках, где радиусы кривых и выше 250 м. Эти требования обусловлены необходимостью дополнительно применять технические средства, увеличивающие сопротивления балласта сдвигу шпал поперек оси пути. Существуют дополнительные требования к конструкции верхнего строения, технологии укладки плетей и их сварке при восстановлении и во время ремонтных работ, что снижает технико-экономическую эффективность применения бесстыкового пути. Поэтому необходима основанная на учете особенностей напряженно-деформированного состояния бесстыкового пути разработка мероприятий по снятию существующих дополнительных условий и ограничений по его укладке в кривых с радиусами вплоть до 200 м (на линиях 1-ой и 2-ой категорий меньших радиусов нет). На Северо-Кавказской железной дороге (СКЖД), имеется 505 кривых с R<350 м общей протяженностью 164 км, в том числе 135 с R<250 м общей протяженностью 44 км.

Целью работы является повышение эффективности бесстыкового пути за счет снятия дополнительных требований и ограничений его применения в кривых участках.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

1 Определен механизм роста стрел изгиба рельсов в плане на напряженных неровностях в экстремально жаркий период лета.

2 Разработана усовершенствованная методика расчета температуры закрепления бесстыкового пути на устойчивость в кривых участках с учетом фактора времени и воздействия поездов.

3 Определена зависимость скорости роста стрел изгиба рельсов бесстыкового пути в плане от радиуса кривых.

4 Экспериментами с учетом воздействия поездов определены на действующих участках бесстыкового пути основные реологические константы, влияющие на устойчивость бесстыкового пути при разном наполнении шпальных ящиков.

5 Уточнены нормативные значения остаточных стрел изгиба рельсов в зависимости от радиуса при выполнении сварочных работ способом предварительного изгиба с минимально возможным нарушением температурного режима работы бесстыкового пути.

6 Разработаны рекомендации для проектирования, укладки, содержания и ремонта со снятием дополнительных условий и ограничений для применения бесстыкового пути в кривых участках с радиусом до минимального в 200 м.

Методы исследования в данной работе базируются на результатах предыдущих поколений ученых в области бесстыкового пути, выполненных в отечественных и зарубежных железнодорожных вузах, а также во ВНИИЖТе РФ. В области расчетов конструкции бесстыкового пути применены методы теории ползучести, использован математический аппарат, применяемый при решении уравнений математической физики и методы экспериментальных исследований, используемые в теории теплопроводности. Эксперименты с определением реологических констант проведены непосредственно на бесстыкового пути с учетом воздействия проходящих поездов.

Научная новизна

1. Определен механизм роста остаточных стрел изгиба рельсов в плане на напряженных неровностях в процессе эксплуатации бесстыкового пути в зависимости от суточных колебаний температуры в экстремально жаркий период лета.

2. Предложена усовершенствованная методика расчета температуры закрепления рельсовых плетей, учитывающая воздействие поездов и фактор

времени, по которой найдено, что устойчивость участков бесстыкового пути в кривых радиусами до 200 м обеспечивается без дополнительных условий.

3. Определено отсутствие влияния радиуса кривых на скорость роста стрел изгиба рельсов бесстыкового пути в плане.

4. Экспериментально с учетом воздействия поездов определены основные реологические константы, влияющие на устойчивость бесстыкового пути при разном наполнении шпальных ящиков щебнем.

5. Предложена методика, учитывающая радиус кривых для определения необходимых остаточных стрел изгиба при восстановлении рельсовых плетей сваркой способом предварительного изгиба с минимальным нарушением установленного температурного режима работы бесстыкового пути.

Достоверность результатов в диссертационной работе определяется тем, что методы их получения основаны на апробированной теории и тем, что они подтверждаются хорошей качественной сходимостью выводов, объясняющих механизм наблюдаемого в эксплуатационной практике и экспериментах ВНИИЖТа роста стрел изгиба рельсов в плане под действием сжимающих и чередующихся с ними растягивающих сил в бесстыковом пути.

Практическая значимость и ценность работы заключается в разработке научно обоснованных предложений, снимающих существующие дополнительные требования и ограничения применения бесстыкового пути в кривых участках. Это позволит снизить материальные и трудовые затраты на его устройство, ремонт и текущее содержание.

Реализация результатов работы

1. В научно-исследовательской работе по договору с ВНИИЖТом тема х/д работы № 290 «Разработка математической модели расчета [Д/,,] для кривых радиусами 300 м и менее с различными типами рельсовых скреплений и подрельсового основания», выполненной в 2010 г.

2. В научно-исследовательской работе по договору с ВНИИЖТом тема х/д работы № 174 «Методика определения предвыбросного напряженного состояния бесстыкового пути по изменению стрел изгиба рельсошпальной

решетки в плане под действием продольных сжимающих сил, полученных по данным проходов вагона-путеизмеригеля», выполненной в 2009 г.

3. Результаты работы были использованы ВНИИЖТом при разработке "Инструкции по устройству, укладке, содержанию и ремонту бесстыкового пути" введенной в действие в 2013г. в п.п.3.4.1 (Таблица 3.1) и 4.1.5.

Личный вклад автора состоит:

- в определении механизма роста остаточных стрел изгиба рельсов в плане на напряженных неровностях в процессе эксплуатации бестыкового пути в зависимости от суточных колебаний температуры в случаях больших отступлений от температуры закрепления в сторону ее увеличения;

- в разработке усовершенствованной методики расчета температуры закрепления рельсовых плетей, учитывающая воздействие поездов и фактора времени, по которой без дополнительных условий обеспечивается устойчивость бесстыкового пути на участках в кривых радиусом до 200 м.

- в определении отсутствия влияния радиуса кривой на скорость роста стрел изгиба рельсов бесстыкового пути в плане;

- в экспериментальном определении с учетом воздействия поездов основных реологических констант на действующих участках бесстыкового пути при разном наполнении шпальных ящиков щебнем;

- в определении уточненных нормативных значений остаточных стрел изгиба рельсов в зависимости от радиуса при выполнении сварочных работ способом предварительного изгиба;

На защиту выносятся:

- методика расчета бесстыкового пути на устойчивость под действием чередующихся температурных продольных сжимающих и растягивающих сил;

- объяснение механизма роста остаточных стрел изгиба рельсов в плане на напряженных неровностях в процессе эксплуатации бесстыкового пути;

- обоснование отсутствия зависимости скорости роста стрел изгиба рельсов в плане от радиуса кривых на напряженных неровностях;

— результаты экспериментального определения коэффициента вязкости и модуля упругости балласта сдвигаемого шпалами поперек оси пути;

— предложенные уточненные нормы остаточных стрел изгиба рельсов в зависимости от радиусов при выполнении сварочных работ по способу предварительного изгиба;

Апробация работы

Основные результаты исследований были доложены и обсуждены:

— на международных научно-практических конференциях в РГУПСе в 2009-2012 гг.;

— на третьей научно-технической конференции «Современные проблемы проектирования, строительства и эксплуатации железнодорожного пути и инженерных сооружений» в МИИТе (г. Москва, 2006 г.);

— на восьмой, одиннадцатой и двенадцатой научно-практических конференциях «Безопасность движения поездов» в МИИТе (Москва, 2007, 2010, 2011 гг.).

— на научно-технической конференции «Современные проблемы проектирования, строительства и эксплуатации железнодорожного пути» в МИИТе (Москва, 2012 г.)

— на международной научно-практической конференции «Проблемы взаимодействия пути и подвижного состава» в ДНУЖТ (Днепропетровск, 2013 г.)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 21 работа, в том числе 9 - в изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и практических рекомендаций, списка литературы. Диссертация изложена на 105 страницах основного .текста, содержит 36 рисунков, 3 таблиц, список использованных источников из 104 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано краткое описание рассматриваемых задач как актуальных и требующих скорейшего решения и внедрения. Обозначена необходимость снятия ограничений укладки бесстыкового пути до минимального радиуса кривых с разработкой усовершенствованной методики расчета бесстыкового пути на устойчивость.

В первой главе рассмотрены отечественные и зарубежные конструкции бесстыкового пути, способы его укладки, содержания и ремонта. В результате сравнительного анализа выявлены основные проблемы укладки и содержания бесстыкового пути в кривых, определены задачи исследования. Установленными нормативными значениями допускаемых отступлений от температуры закрепления в сторону увеличения для кривых участков по мере уменьшения радиуса эти значения уменьшаются. Это обстоятельство по действующей "Инструкции по устройству, укладке, содержанию и ремонту бесстыкового пути" требует принятия дополнительных мер по увеличению сопротивления сдвигу шпал в балласте поперек оси пути за счет специальных устройств - наголовников в виде "фартуков" или скрепления плеч и откосов балластной призмы вяжущими материалами. Эти основанные на статических расчетах дополнительные требования удорожают бесстыковой путь и создают трудности при выполнении путевых работ при текущем содержании и ремонтах.

Во второй главе проанализированы существующие методы расчета бесстыкового пути на устойчивость.

При этом особое внимание обращено на методику определения устойчивости бесстыкового пути в кривых. В рассматриваемой области в 20...30-е годы XX века довоенный период были известны работы К.Н. Мищенко, Р. Леви, М.А. Мартине, О. Аммана, К. Грюневальдта, Н. Майера, А. Блоха, И.Н., Немчека и др. позднее были выполнены работы - С.П. Першина, A.J1. Кривобородова, АЛ. Когана, М.Ф. Вериго, Ю.С. Ромен, В.И. Новаковича, С.И. Морозова, В.А. Гршценко, В.В. Ершова, В.А. Покацкого, O.A. Суслова, Н.И. Залавского, Ф. Рааба, JI. Сакмауэра, Д. Бартлета, Е. Немежди; М. Нумато, Е. Энгеля, Ф. Бирманна, Г. Рубина, X. Фритча и др. В работах перечисленных авторов кроме

М.Ф. Вериго, Ю.С. Ромен, В.И. Новаковича, В.В. Ершова и Н.И. Залавского использованы статические методы расчета конструкции бесстыкового пути, т.е. в них не учитывались воздействия поездов и фактор времени. На основании анализа работ перечисленных авторов определены цели и задачи дальнейших исследований в области использования методов расчета конструкции с учетом реологических процессов.

В третьей главе по методике экспериментального исследования длительных изменений продольных сил и перемещений рельсовых плетей бесстыкового пути, разработанной В.И. Новаковичем и В.В. Ершовым, проведены опыты по определению погонных сопротивлений поперечным оси пути перемещениям железобетонных шпал с разным наполнением шпальных ящиков балластом (рисунок 1). Эти механические характеристики необходимы для расчетов бесстыкового пути на устойчивость.

Рисунок 1 - Эксперимент с определением ^ и и у: а- при полнопрофильной балластной призме; 6- при 50 % заполнении шпальных ящиков балластом; <? -при полном отсутствии балласта в шпальном ящике

Опытным путем определены коэффициенты вязкости и модули упругости балласта, сдвигаемого шпалами, для разной заполняемое™ щебнем шпальных ящиков при одинаковом размере плеча балластной призмы.

Установлено, что при железобетонных шпалах стандартной конструкции коэффициент вязкости (4) и модуль упругости сдвигаемого балласта (С^) имеют значения, представленные в таблице 1.

Таблица 1 - Экспериментальные данные по определению ^ и и

Степень заполняемое™ шпальных ящиков балластом иу(МПа)

100 % 4,5-106 2,90

50% 3,6-106 1,66

0% ЗД-106 1,63

Анализом полученных результатов установлено, что уменьшение заполняемое™ шпальных ящиков до 50 % не влияет на модуль упругости, но при этом коэффициент вязкости уменьшается. При полном отсутствии щебня в шпальных ящиках коэффициент вязкости снижается примерно в 2 раза, а модуль упругости практически не изменяется по сравнению с ящиками, заполненными на 50 %. Следовательно в расчет необходимо принимать их минимальные значения. При этом следует учитывать, что в путейской практике не исключено, что шпальные ящики могут быть не заполнены балластом, например, в процессе путевых работ.

В четвертой главе на основе анализа результатов ранее проведенных исследований (в главе 2), предложен метод расчета устойчивости бесстыкового пути, в том числе для кривых участков. Учет воздействия поездов и фактора времени осуществляется через найденную зависимость сопротивления балласта сдвигу шпал поперек оси пути от скорости деформации (закон Ньютона). Этот процесс количественно определяется через найденный экспериментами "на ползучесть" коэффициент вязкости |.

Расчетная схема, отражающая процесс потери устойчивости железнодорожного пути в кривой, дана на рисунке 2.

Т,, к Г .

0

/2 /2 5 'У

Рисунок 2 - Расчетная схема деформирования бесстыкового пути в кривой при действии в рельсах сжимающей силы ^ Получено соответствующее расчетной схеме дифференциальное уравнение, отражающего работу бесстыкового пути в кривых участках с учетом факторов времени и воздействия поездной нагрузки:

ыах'-рбх>+4дт- я'

(1)

где Е1 - жесткость рельсошпальной решетки при ее изгибе в горизонтальной плоскости (£- модуль упругости рельсовой стали, £ = 2,1105МПа; I - момент инерции сечений двух рельсов, м4);

К - постоянная продольная сжимающая сила при стрелах изгиба рельсов в плане /< 100, мм.

с, — коэффициент вязкости балласта, сдвигаемого шпалами поперек оси

„. кНс

пути, ——; м

К — радиус кривой (не менее 200м);

х, у - соответственно координаты вдоль и поперек оси пути; т - время (до 400 часов).

Частное решение неоднородного дифференциального уравнения (1) в соответствии с расчетной схемой имеет вид:

4х2

8Д

1--

при

_е/<х< е/

(2)

Решение (1) ищем как сумму решений однородного уравнения

ох дх дх

и частного решения (2):

у(х,т) = у0+у'. Решение (3) найдем как произведение функций:

у0(х,г) = и(х)/(т). Подстановка (5) в (3) и разделение переменных дает: Г ЕЮ"' (х) - ЯУ" (х)+()и(х) = 0,

и-/(г)-е-/(г)=о,

где £? = 4 Е1г,

(4)

(5)

(6)

(7)

Общим решением первого дифференциального уравнения (6), выраженным через гиперболические и тригонометрические функции, будет:

U(x) = Achax cos fix + Bchcasin fix + Cshaxcos fix + Dshaxsin fix. (8)

Методом начальных параметров найдем, что В = с = D = О. Тогда U(x) = Achax cos fix.

Здесь fi = Ж/е, а =

Решение второго дифференциального уравнения:

/(r) = exp(Qr/i). С учетом (2), (4), (5) и (10) имеем:

\ 2

(9)

(10)

П F ^ та

VM/*/1* cos—ехр

V ч

4 Elf F 4л2 У

8Д'

у(х, г) = Ach

При граничном и начальном условии при х = 0 и г = 0 A = f0. В точке л = 0: уф,г) = /0 ехр

4Elf F

—

£ + е2

ы

(И)

В соответствии с расчетной схемой 1г = 2k2EiJf , тогда:

>-(0,2") = /„ схр

(13)

Результат расчета по (13) представлен в виде графиков >-(0, г) = /(г). /(««)-------__-„----------------------

20

доп по ЦП515

—й-йг»зо *с

•«-№20 "С

о

100

200

300

400 г (час )

Рисунок 3 - Стрела изгиба рельсов в плане в зависимости от времени (Я=200м)

В данном случае на рисунке 3 приняты механические характеристики верхнего строения в реальных допустимых пределах ослабленного пути (£=2,1 108 кН/м2, \ = 108 кН с/м2, /= 10'5 м4, Я = 200 м. Продольная сила принята ^ = 400, 800, 1200 и 1600 кН, что соответствует разнице температуры рельсов и температуры закрепления рельсовых плетей соответственно 10, 20, 30 и 40°С. Время, принятое при расчетах, составляет: 100, 200,300 и 400 ч.

Анализ графической интерпретации расчетов (см. рисунок 3) показал, что, например, при среднем превышении температуры закрепления на 10°С через 16 суток стрела изгиба рельсов в плане изменится незначительно, что и следует рекомендовать для норматива. При среднем превышении на 40°С скорость роста стрелы будет опасной, поскольку за 200 часов (=8 суток) стрела достигнет значений, требующих закрытия движения по перегону, но за это время применяемые технические средства в путевом хозяйстве не позволят предотвратить отказ в работе.

Для определения условий устойчивости наиболее существенной ее характеристикой является скорость роста стрелы изгиба рельсов в плане, т.е. производная по времени для точки с максимальной стрелой:

... . 2,25/0^2 2,25/г2г

Из (14) видно, что влияние радиуса кривой на скорость роста стрелы, кроме влияния начальной стрелы /0 отсутствует. При достаточно высокой температуре закрепления, которая нормируется таблицей оптимального температурного режима бесстыкового пути, в "Инструкции", нормы не дифференцированы в зависимости от радиуса. Этот факт согласуется с нормами, устанавливающими ограничения скорости движения по степеням отступлений от них в плане, данными в Инструкции по расшифровке лент и оценке состояния рельсовой колеи по показаниям вагона-путеизмерителя (ЦП-515 от 14.10.1997), в которой нормы отступлений в плане не зависят от радиуса. В инструкции ЦП-515 нормы отступлений в плане даны в зависимости только от геометрии, они не зависят от условий устойчивости. Следует отметить что вероятность вкатывания гребня колеса на головку рельса с одинаковой крутизной неровности в плане в кривом участке пути выше из-за наличия центробежной силы.

В пятой главе описаны особенности технических условий проектирования, укладки, содержания и ремонта бесстыкового пути с учетом его устройства в кривых участках (Я > 200 м).

Расчет бесстыкового пути на прочность, до настоящего времени входивший в Технические указания по устройству, укладке, содержанию и ремонту бесстыкового пути (ТУ-2000), а затем в Инструкцию (2012 года), влияет на ограничения укладки данной конструкции верхнего строения в кривых по минимально допустимому радиусу. В технической литературе предлагалось расчет на прочность «изъять из употребления», поскольку фактический минимальный предел упругости рельсовой стали превышает 600 МПа. В диссертации также предлагается расчет на прочность бесстыкового пути не применять.

С учетом результата, полученного в предыдущей главе, следует, что проекты укладки бесстыкового пути при реконструкции, капитальном или

среднем ремонтах пути должны предусматривать укладку плетей исключительно длиной, не менее протяженности перегона, что обеспечивает наибольшую экономическую эффективность бесстыкового пути.

На рельсосварочных предприятиях (РСП) предлагается изготавливать рельсовые плети возможной максимальной длины (до 800м) — в пределах длины плетевозного состава. Это становится повсеместно возможным, только если на РСП обеспечить условия, позволяющие вваривать изолирующие стыки усиленной конструкции в рельсовые плети. Тогда исключается необходимость вваривать изолирующие стыки на перегоне, что более трудоемко и существенно увеличивает количество мест, подлежащих сварке на перегоне. При этом предлагается исключать места сварки на перегоне в кривых, в том числе имеющих малые радиусы, где ранее требовалась укладка звеньевого пути.

При выполнении данных рекомендаций достигается технический и экономический эффект, заключающийся в том, что существенно сокращается число мест, подлежащих сварке на перегоне.

Разработаны новые приемы, способы укладки и сварки рельсовых плетей бесстыкового пути, заключающиеся в учете радиуса кривых, которые обеспечивают более точное сохранение или восстановление оптимального температурного режима работы рельсовых плетей.

В п. 3.3.5 "Инструкции" в случае проведения сварки с применением ПРСМ при температурах ниже температуры закрепления предлагается пользоваться рекомендациями, данными в приложении п. 4.5 «Сварка с предварительным изгибом привариваемой плети». Приведенный в "Инструкции" способ сварки предполагает использование гидравлических натяжных устройств (ГНУ). Эти устройства до проведения сварки предполагается использовать для перенатяжения рельсовых плетей на локальном участке рельсовой плети. В этот способ предлагается внести следующие дополнения. Во-первых, при завершении сварки предлагается дифференцировать остаточную стрелу не «в пределах 15-25 см», а «в пределах

от 5 до 25 см» в зависимости от радиуса, что устранит возможную ошибку в сторону понижения фактической температуры закрепления до 16°С; во-вторых в "Инструкции" погонные сопротивления продольным перемещениям шпал в балласте предложено принимать по вероятности минимальные. Это приведет к устранению возможной ошибки в температуре закрепления еще примерно на 15°С. В третьих, предлагается дать ограничения по величине допускаемого отступления температуры рельсов от температуры закрепления во время сварочных работ.

В «Технологических указаниях о восстановлении контактной сваркой лопнувших и дефектных рельсовых плетей бесстыкового пути», утвержденных ЦП МПС, ограничение остаточной стрелы /0 было дифференцировано так, что создавались разные допускаемые отступления от температуры закрепления в зависимости от радиуса кривых. Такая неравномерность создавала вероятность недопустимых отступлений в температуре закрепления рельсовых плетей бесстыкового пути в сторону понижения, что влияет на условия устойчивости.

На основании анализа установленных норм и разработки предложений по их уточнению с использованием несколько измененных графиков зависимости Д/ от ^{у^ при различных /0, получены рекомендуемые для норм более равномерные отступления от температуры закрепления (рисунок 4).

Рисунок 4 - График зависимости М от eg{y^¡ с предлагаемыми нормами дпя/0

В соответствии с приводимой методикой расчета, чтобы избежать недопустимых отступлений от оптимального температурного режима работы

рельсовых плетей, остаточные стрелы следует дифференцировать следующим образом. Максимально допускаемые стрелы: /0 = 25 см для Я > 1000 м, /0 =20 см для радиусов 999...600 м, /0 = 15 см для радиусов 599...400 м, /0 = 10 см для Я < 400 м, минимально допускаемые стрелы: /0 = 15 см для Л > 1000 м, /0 = 10 см для радиусов 999...500 ми/0=5смдляЯ< 500 м.

Если восстановление сваркой способом предварительного изгиба рельсовой плети производится по одной рельсовой нити, то температурный режим работы бесстыкового пути не нарушается, поскольку отступления не будут превышать 2°С (см. рисунок 4). Если увеличение длины плети сваркой тем же способом производить сразу по двум рельсовым нитями, то для обеспечения соблюдения того же поля допусков следует на соответствующем пикете в журнале учета температурного режима бесстыкового пути учесть понижение температуры закрепления на 5°С.

Разработаны и предложены приемы и способы текущего содержания и ремонтных работ на бесстыковом пути в кривых участках.

Наиболее опасные места с точки зрения вероятности разрыва болтов зимой или потери устойчивости летом - это места временного восстановления рельсовых плетей, где имеются рельсовые вставки. Чтобы зимой не допустить работы стыковых болтов на срез, а летом, больших продольных сжимающих сил, которые могут вызвать потерю устойчивости рельсошпальной решетки, необходима срочная ликвидация этих вставок путем сварки, в первую очередь в кривых. Сварка с применением ПРСМ возможна, но, как правило, из-за малого количества сварочных машин на дорогах они заняты на капитальном ремонте и потому на текущем содержании используются редко. При текущем содержании в последнее время нашла применение термитная сварка. В РГУПС сотрудниками кафедры "Путь и путевое хозяйство" совместно с СКЖД разработан новый способ сварки рельсовых плетей алюминотермитом при температурах рельсов до минус 5°С. Тогда на участке работ по сварке

восстанавливается и целостность рельсовой илети, и оптимальная температура закрепления.

С участием автора разработан способ (положительное решение о выдаче патента на изобретение, заявка № 2007100325/11) газокислородной резки плети бесстыкового пути, который обеспечивает безопасность труда монтеров пути во время сварочных работ при температурах рельсов выше температуры их закрепления.

Чтобы обеспечить одинаковые условия устойчивости в кривых и прямых участках во время ремонтных работ с применением различных путевых машин, в работе предлагается назначать следующую температуру закрепления. В кривых участках бесстыкового пути (при Я < 800 м) температуру закрепления рельсовых плетей назначать более высокую, чем на примыкающих участках с Л > 800 м на 5...10°С.

При суточных и сезонных колебаниях температуры рельсов на концевых участках в пределах до 200 м происходят периодические «всплески» отступлений от температуры закрепления, которые, как показали наблюдения, вызывают неисправности, в частности возникновение отступлений по крутизне неровностей рельсов в плане 3 и 4 степеней. Самым радикальным способом, исключающим причины появления таких неисправностей, является ликвидация уравнительных пролетов со сваркой всех стыков. До реализации данного решения не следует проводить какие-либо выправочно-подбивочно-рихтовочные работы в пределах этих концевых участков во время роста температуры рельсов, т.е. в первой половине дня. При необходимости следует произвести снятие избыточной продольной сжимающей силы раскреплением концевого участка рельсовой плети. Во всех случаях перед такими работами, несмотря на то, что по данным нормативам нет никакого запрета, следует выдать предупреждения поездам, как минимум «об остановке у красного».

В таблице 4.3 Инструкции, даны допускаемые отступления в сторону понижения температуры рельсов во время работ по сравнению с температурой закрепления, где для всех путевых машин допускаемые отступления в кривых

Я > 800 м в 25°С, а при Я < 800 м в 20°С. Эти нормы даны с целью не допустить сдвига рельсошпальной решетки внутрь кривой под действием растягивающих сил. При таком сдвиге произойдет понижение фактической температуры закрепления рельсовых плетей на Д/ = ЛП/аН. В этом случае для восстановления температуры закрепления необходимо рихтовкой вернуть рельсошпальную решетку в проектное положение, что устранит вероятность появления опасных мест по условию устойчивости.

Если рельсовая плеть сверхдлинная, то при низких температурах можно ожидать изменения температуры закрепления в сторону ее понижения только на концевых участках в пределах 200...400 м в зависимости от разности температур и длительности их действия. Когда работы производятся на коротких рельсовых плетях длиной до 800 м, то такие рельсовые плети следует считать потерявшими температуру закрепления. Расчеты с привлечением теории ползучести показали, что плети длиной до 800 м изменяют свою температуру закрепления по всей длине за счет изменения зазоров и за счет смены уравнительных рельсов. Это происходит чаще всего на ремонтируемых участках с разрыхленным балластом в осенний период, в следствие длительного похолодания. Особенно, если при этом из-за предельного увеличения зазоров на уравнительных пролетах рельсы заменяются на удлиненные. Для исключения такой потери температуры закрепления перед ремонтом следует сваркой ликвидировать все уравнительные пролеты с вводом рельсовых плетей в оптимальный температурный режим их работы. Такая возможность появляется в связи со снятием ограничения применения бесстыкового пути со сверхдлинными рельсовыми плетями на кривых участках с малыми радиусами.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Расчетом по разработанной методике с учетом фактора времени и воздействия поездов установлено, что по минимально допускаемому радиусу кривых (Я > 200м) не следует ограничивать возможность применения бесстыкового пути.

2. Для исключения ограничения по минимальному радиусу, в методике определения оптимального температурного интервала закрепления рельсовых плетей бесстыкового пути предлагается снять ограничение температуры закрепления сверху по условию прочности рельсов, оставив ограничения по условию прочности стыковых болтов, как бале жесткое.

3. Проекты укладки бесстыкового пути в результате снятия ограничения по минимально допускаемому радиусу должны включать в себя схему раскладки сваренных на РСП плетей до максимальной длины, ограниченной длиной плетевозного состава.

4. Из предлагаемых в "Инструкции" способов укладки рельсовых плетей на месте инвентарных рельсов с учетом установленных в работе дополнительных требований для кривых участков следует применять те, по которым сварка плетей должна проводиться с одновременной их надвижкой на подкладки.

5. Рекомендованы нормы по остаточным стрелам изгиба при применении способа сварки с предварительным изгибом в кривых участках бесстыкового пути, обеспечивающие минимальные отступления от температуры закрепления.

В таблице выделены отступления от температуры закрепления в сторону понижения

А/, С, при выполнении данных в работе рекомендаций.

>1000 999...600 599...400 <400

5 1 2 2 — 3 ■•

10 2 3 4 . • .4 ,

15 3 . - 4 . - 5 6

20 4 6 7

25 4 . 6 7 8

б. В кривых участках с радиусами менее 800 м с целью обеспечения равных условий по допускаемым отступлениям от температуры закрепления при производстве ремонтных работ рекомендовано температуру закрепления рельсовых плетей создавать на 5 ...10°С выше, чем на примыкающих прямых и кривых, радиус которых более 800 м.

Основное публикации по теме работы Издания, рекомендованные ВАК:

1. Жулев, Г.Г. Силы и деформации при изгибе и при выпрямлении рельсов / Жулев Г.Г., Игнатьев А.Н., Новакович М.В., Карпачевский В.В. // Вестник РГУПС. — 2006.—№ 1.-С. 82-86.

2. Ершов, В.В. О допускаемом превышении температуры закрепления бесстыкового пути на участках больного земляного полотна / В.В. Ершов, В.Г. Плахова, В.В. Карпачевский // Вестник РГУПС. - 2007. - № 2. - С. 99-103.

3. Карпачевский, В.В. Уточнить остаточные стрелы изгиба плетей / В.В. Карпачевский // Путь и путевое хозяйство. - 2008. - № 1. - С. 16-17.

4. Новакович, М.В. Устойчивость бесстыкового пути под действием продольных сжимающих сил / М.В. Новакович, В.В. Карпачевский, В.В. Шубитидзе // Вестник РГУПС. - 2010. - № 4. - С. 94-97.

5. Бабадеев, И.С. Конструкция новой железобетонной шпалы / И.С. Бабадеев, A.A. Киреевнин, В.В. Карпачевский // Путь и путевое хозяйство. — 2010. — № 5. — С. 31.

6. Новакович, М.В. Неровности рельсов в плане и температурный режим бесстыкового пути / М.В. Новакович, В.В. Карпачевский, В.В. Шубитидзе // Путь и путевое хозяйство. - 2011. - № 4. — С. 30-31.

7. Новакович, М.В. Сделать газокислородную резку безопасной / М.В. Новакович, А.Н. Игнатьев, В.В. Карпачевский // Путь и путевое хозяйство.— 2011.—№9.— С. 21.

8. Новакович, М.В. Энергетический метод расчета устойчивости бесстыкового пути / М.В. Новакович, В.В. Шубитидзе, В.В. Карпачевский // Путь и путевое хозяйство. - 2011. — № 10. - С. 22-24.

9. Карпачевский, Г.В. Предложения по изменению проекта Инструкции по устройству, укладке, содержанию и ремонту бесстыкового пути / Н.И. Залавский, E.H. Зубков, A.A. Солдатов, М.В. Новакович, В.В. Карпачевский, Е.В. Корниенко, В.В. Шубитидзе, A.C. Хадукаев // Путь и путевое хозяйство. - 2013. - № 2. — С. 15.

Другие издания:

10. Жулев, Г.Г. Проблемы и способы изгиба и выпрямления рельсов / Жулев Г.Г., Игнатьев А.Н., Новакович М.В., Карпачевский В.В. // Труды III науч.-практ. конф. «Современные проблемы проектирования, строительства и эксплуатации железнодорожного пути». - М. :МИИТ, 2006. - С. 196.

11. Бабадеев, И.С. Конструкция новой железобетонной шпалы / И.С. Бабадеев, A.A. Киреевнин, В.В. Карпачевский // Труды междунар. науч.-практ. конф. «Проблемы и перспективы развития транспортного комплекса». -Ростов н/Д,:РГУПС, 2009. - С. 125-126.

12. Карпачевский, В.В. Испытания новой железобетонной шпалы /

B.В. Карпачевский, И.С. Бабадеев, A.A. Киреевнин // Труды Всерос. науч.-практ. конф. «Транспорт-2010». Ч. 2 : тез. докл. - Ростов н/Д,:РГУПС, 2010. -

C. 142-143.

13. Карпачевский, В.В. Определение сопротивлений новой железобетонной шпалы сдвигу поперек оси пути / В.В. Карпачевский, A.A. Киреевнин, И.С. Бабадеев // Труды XI науч.-практ. конф. «Безопасность движения поездов» : тез. докл.-М.:МИИТ, 2010.-С. 31.

14. Новакович, М.В. Условия устойчивости бесстыкового пути в кривых участках с малыми радиусами / М.В. Новакович, В.В. Карпачевский, В.В. Шубитидзе // Труды XI науч.-практ. конф. «Безопасность движения поездов» : тез. докл. - М.:МИИТ, 2010. - С. 25.

15. Решение о выдаче патента на изобретение от 01 марта 2011 года, заявка № 2007100325/11 «Способ газокислородной резки рельсов плети бесстыкового пути». (Авторы: Игнатьев А.Н., Новакович М.В., Карпачевский В.В.).

16. Новакович, М.В. Влияние на температурный режим бесстыкового пути неровностей рельсов в плане / М.В. Новакович, В.В. Карпачевский, В.В. Шубитидзе // Труды VIII. науч.-техн. конф. «Современные проблемы проектирования, строительства и эксплуатации железнодорожного пути»: тез. докл. - М.: МИИТ, 2011. - С. 58.

17. Карпачевский, В.В. Сравнение испытаний железобетонной шпалы / В.В. Карпачевский, И.С. Бабадеев, А.А. Киреевнин // Труды Всерос. науч.-практ. конф. «Транспорт-2011». Ч. II. -Ростов н/Д,:РГУПС, 2011.-С. 219-221.

18. Новакович, М.В. Неровности рельсов в плане и их влияние на температурный режим бесстыкового пути / М.В. Новакович, В.В. Карпачевский, В.В. Шубитидзе // Труды Всерос. науч.-практ. конф. «Транспорт-2011». Ч. II. -Ростов н/Д,:РГУПС, 2011. -С. 244-246.

19. Новакович, М.В. Неровности рельсов в плане и их влияние на устойчивость бесстыкового пути / М.В. Новакович, В.В. Карпачевский, В.В. Шубитидзе // Труды XII науч.-практ. конф. «Безопасность движения поездов»:тез. докл. - М.:МИИТ, 2011. - С. 27.

20. Новакович, М.В. Механико-математические модели бесстыкового пути / М.В. Новакович, В.В. Шубитидзе, В.В. Карпачевский // Труды Всерос. науч.-практ. конф. «Транспорт-2012». Ч. II. - Ростов н/Д: РГУПС, 2012. - С. 222-223.

21. Новакович, М.В. Математические модели бесстыкового пути / М.В. Новакович, В.В. Шубитидзе, В.В. Карпачевский // Труды IX. науч.-практ. конф. «Современные проблемы проектирования, строительства и эксплуатации железнодорожного пути»: тез. докл. - М.: МИИТ, 2012. - С. 287.

22. Новакович, М.В. Расчет бесстыкового пути на устойчивость энергетическим методом с учетом фактора времени и воздействия поездов / М.В. Новакович, В.В. Шубитидзе, В.В. Карпачевский., Корниенко Е.В. // Труды междунар. науч.-практ. конф. «Проблемы взаимодействия пути и подвижного состава»: тез. докл. - Д.: ДНУЖТ, 2013. -С. 15.

Карпачевский Вячеслав Вадимович

ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ БЕССТЫКОВОГО ПУТИ В КРИВЫХ

05.22.06 - Железнодорожный путь, изыскание и проектирование железных дорог

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Подписано в печать 3£ /С, Я-ОЩг. Заказ № _гУ? .Д.У

Тираж 80 экз. Формат 60x84/16

Москва, 127994, ул. Образцова, д. 9, стр. 9, УПЦ ГИ МИИТ. Усл. печ. л. 1,5.