автореферат диссертации по транспорту, 05.22.06, диссертация на тему:Повышение работоспособности болтовых соединений стрелочных переводов

Г Б ОД

министерство путей сообщения российской федерации московский государственный университет путей сообщения (шит)

На правах рукописи

Хвостик Михаил Юрьевич

УДК 625.151.2:621.882.07

ПОШЕКННЕ РАБОТОСПОООВНОСТИ БОЛТОВЫХ СОЕДИНЕНИЯ СТРЕЛОЧНЫХ ПЕРЕВОДОВ

Специзльчость 05. 22. Об - Егдезнодорожньй путь

АВТОРЕФЕРАТ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Иосквз - 1394

Работа выполнена в Московском Государственном Университете путей сообщения (№Ш)

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор С. К. Юшнов

Официальные оппоненты:

- доктор технических наук, профессор 3. Л. Крейиис

- кандидат технических наук, с. н. с. К И. Абросимов

Еедушая организация

- Главное управление пути Министерства путей сообщения РФ

1994 Г. в

Защита состоится

/Уте. на заседании Диссертационного совета

Д114. 05.03 при Московском Государственном Университете путей сообщения (ШИТ) по адресу: 101475, ГСП, Москва. А-55, ул. Образцова, 15, ауд.

/3/3

С диссертацией моино ознакомиться в библиотеке Университета.

Автореферат разослан " 2/" /^сцг^^/иЯ^ 1дд4 г.

Отзыв на реферат, заверенный печатью, просим направлять по адресу Университет».

Ученый секретарь Диссертационного совета, профессор

Э. В. Воробьев

- з -

Общаа; характеристика работы

Актуальность проблемы. В число важнейших элецентов, обэспечи-вавдих работоспособное состояние узлов стрелочного перевода,в том числе контррельсовых, крестовинного узлов и стыков, входят болтовые соединения.

Ольга эксплуатации показывает, что потеря работоспособности соединений иг-за изломов болтов и уменьшения величины их монтажного натяжения в процессе эксплуатации ведет:

- к значительному дополнительному увеличению ударно-динамических воздействий подвижного состава на узлы;

- появлению угона;

- отступлениям, выходящим за пределы установленных допусков;

- снижению безопасности движения поездов из-за излома контррельсовых болтов и образования опасных дефектов в стыкуемых элементах стрелочного перевода;

- дополнительным затратам по ликвидации неисправностей;

- увеличению затрат на текусэе содержание стрелочных переводов.

Типовые путевые болты для стрелочных переводов изготавливаются из стали марки 35 класса прочности 8.8 и не обладают достаточной эксплуатационной надежностью. Наиболее интенсивно отказы (обрывы болтов) происходят в контррельсовых узлах, в стыке хвостового вылета крестовины и в корневых стыках остряковых рельсов.

Из-за пластических деформаций болтов их нельзя затягивать с усищем, превышающим нормативное (величина крутяцего момента прикладываемого к гайкам стыковых болтов уравнительных рельсов, PSO - 250 Н*м, рельсов Р65 - 600 Н*м).

Количество упомянутых отказов, связанных с обрывом болтов или ослаблением натягения гаек, достигает 25-30% от общего числа

отказов г пределах стрелочных переводов. Повышение работоспособности стрелочного перевода на основе совершенствования его соединительных элементов, в частности болтовых соединений, и увеличения их монтажного натяжения, является задачей, поставленной современной практикой эксплуатации железнодорожного пути.

Исследования, представленные в диссертационной работе, выполнялись в ШИТе в соответствии с плановой тематикой Главного управления пути МПС и являются частью работ по повышению надежности и эффективности элементов верхнего строения пути.

Цель работы. Устранение отказов болтовых соединений стрелочных переводов путем увеличения их монтажного натяжения посредством внедрения болтов повышенной прочности на сети железных дорог к в метрополитенах.

Для достижения этой цели выполнены следующие работы:

- изучено напряженно-дефоршроЕанное состояние болтовых соединений контрредьсовых, крестовинного узлое и стыков стрелочных переводов типа Р50 и Р65 и оценена степень их выносливости под действием монтажных и поездных нагрузок;

- изучено влияние изменения натяжения болтов на напряженно- деформированное состояние соединяемых элементов стрелочного перевода в зоне болтовых соединений;

- исследованы варианты соединений рельсов стрелочного перевода с рельсовыми плетями бесстькового пути;

- выполнен анализ современных средств создания и контроля натякения применительно к условиям путевого хозяйства

Методика исследований. Экспериментальные исследования выполнялись с применением тензометрических устройств к приборов. Обработка данных, полученных в экспериментальных исследованиях, выполнена методами математической статистики.

Е теоретических исследованиях напряженно-деформированного состояния коктррельсоьлх узлов испсльзован метод конечных злемен-

- 5 -

тов. Расчеты выполнены на ПЭВМ.

Научная новизна. Проведено комплексное экспериментально-теоретическое исследование работы болтовых соединений одиночных обыкновенных стрелочных переводов типа Р50 и Р65 при увеличенном монтажном натяжении болтов, а также при опытной конструкции контррельса-протектора.

Впервые обоснованы нормы монтажного натяхения. .высокопрочных болтов в контррельсовых и крестовинном узлах, а также в стыках рельсов стрелочных переводов... . - ,■ , * • -■. ; .-¡' : •

Разработана и практически, реализована методика pac-teta1 квазистатического нзлряженно-дефорш5роЕанного; 'сойт0ян«1Я "s'iei.reJrr'oB контррельсового угла при . различных значениях монтажной гатя яки болтов.под воздействием поездной нагрузки. ' : - Обоснована схема примыкания бесстыкового- пути к' стрелочному переводу с помощью одной пары уравнительных рельсов с высокопроч-

кьам стыковыми соединениями. ....... - ^

Еыполнен расчет на выносливость контррельсовых болтов и рельсов стрелочного перевода в зонах болтовых отверстий.

Практическая цен"ость работы. На основе выполненных.теоретических и экспериментальных исследований разработаны нормативы увеличенной мэнталяой гатя тки болтов стрелочных переводов, что обеспечивает ликвидацию .отказов болтов, в первую очередь контррельсовых. Потребность в периодических затяжсзх снижена в среднем примерно в 5 раз.

Обоснована возможность примыкания рельсовых плетей к " одиночно'),у стрелочному переводу с высокопрочными болтав: при помощи одной пары уравнительных рельсов, вместо двух, требуемых по действующим нормам ШЗ.

Дачы рекомендации по использованию ручных динамометрически: ключе'1, как средства для натяяэния и контроля болтовых соединений з путевом хозяйстве.

' - б -

Внедрение результатов работы. Высокопрочные болты, ¡лайбы и гайки к ним использованы по рекомендациям диссертации з стрелочных переводах типа Р50 и Р65 на главных путях Среднеазиатской ж. д., Московского 51 Харьковского метрополитенов, Экспериментального кольца ВНШдТ. С этой целью опытная партия высокопрочных болтов для стрелочных переводов в количестве 13 тыс. шт. изготовлена },!агкитогорскмм калибровочным заводом.

Разработанные в диссертации методики расчетов и результаты экспериментов нашли практическое использование в научно-исследовательских работах ВНИИКТ.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и были одобрены: на заседаниях кафедры "Путь и. путевое хозяйство" (МИИТ) (1990-1993 г.г.): на 54-ой научно-технической конференции кафедр ХйИТ и специалистов .т.д. транспорта (г. Харьков, 1992 г.)-, на научно-технических конференциях в ШИТе (1993, 1994 г. г.). \......

Результаты работы и практические рекомендации одобрены на Среднеазиатской л: д., в Московском и Харьковском метрополитенах.

Публикации. По результатам выполненного исследования с участием авторз опубликовано 5 печатных работ к написано 5 научно-технических отчетов.

Обгем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных выводов, списка использованных источников (104 наименования, кз них 10 на иностранных языках), 2-х приложений.

Работа содержит 222 страницы, в том числе 160 основного машинописного текста, 35 рисунков, 43 таблицы.

Содержание работы.

Во введении обоснована актуальность проблемы, излохэны цели и задачи исследования.

Первая глава посвящена анализу существующих конструкций стрелочных переводов, ус-овий работ!' и видов отказов :и болтовых

соединений.

Повышению эксплуатационной надежности и работоспособности стрелочных переводов, совершенствованию их конструкции и методов расчета посвящены труды многих отечественных ученых: докторов технических наук Г. М. Шахунянца, С. а Амелина, М. П. Смирнова, Е Ф. .Яковлева, Е Е Путри, К Э. Глюзберга, Г. Г. Еелнина; кандидатов технических наук В. И. Абросимова, Л. Я. Воробейчика, К Н. Елсакова, Л. Г. Крысанова, А. А. Симона, А.М. Тейтеля; инженеров К Г. Донца, и е Петрова, 1.1 И. Титаренко к др. специалистов.

В отечественной практике содержания верхнего строения железнодорожного пути проблема необходимости повышения стабильности натяжения болтов рассматривалась неоднократно с начата 60-х годов.

Решению вопроса использования болтов повышенной прочности в конструкциях верхнего строения пути способстьовали научно-исследовательские и опытно-конструкторски" работы доктора технических наук, профессора С. И. Клинова, кандидатов технических наук, профессора 3. К Воробьева, Е Б. Зверева, А. А. Кондратьева, 0.0. Клоковой.

Применение высокопрочных болтов из стали марки 40Х при затяжке гаек крутящим моментом 1100 Н*м з стьках уравнительных рельсов типа Р65 и Р75 предусмотрено действующими техническими условиями по устройству,. укладке и содержаний бесстыкового пути (ТУ-91).

На основании данных путеобследовательских станций Главного 1 управления пути МПС, информации, полученной с железных дорог, изучения и анализа научно-технического материала, касающегося опыта эксплуатации и экспериментальных исследований стрелочных переводов з современных условиях эксплуатации, 5 том числе в метрополитенах, выделены проблемы обеспечения достаточной надежности и стабильности болтовых соединений элементов и узлов стрелочных переводов,продления работоспособного состояния переводов з целом.

' - 8 -

Об.цая структурная схема исследования приведена на рис. 1.

Во второй главе приведен анализ параметров натяжения высокопрочных болтов в местах их установки на стрелочных переводах, изложены методические вопросы.

В качестве критериев оптимального уровня монтажной затяжки болтов рассматривались следующие:

- обеспечение прочности и выносливости коктррельсовых, крестовинных и стыковых болтов;

- обеспечение прочности соединяемых элементов стрелочных переводов в зоне болтовых отверстий рельсов и их бездефектной работы;

- обеспечение стабильности работы болтовых соединений при минимальных затратах труда на текущее содержание пути в стыковых зонах.

На основании разработанных в МИИТе расчетных методик, допускаемыми напряжениями для рельсов стрелочных переводов были приняты минимальные вероятные значения предела текучести рельсовой стали при Ф •= 0. 99865. Для болтовых соединений, работающих в динамических условиях воздействий поездных нагрузок, допускаемые значения напряжений принимались равными 40% предела прочности болтов.

Из-за отсутствия нормативных величин монтахного усилия при еатяжке гаек болтов стрелочных переводов, в качестве исходных рассматривались величины крутящего момента (Укр) для стрелочных переводов типа Р50 - 250 Н*м, типа Р65 - 600 Н*м.

В результате предварительной оценки прочности сейки рельсов стрелочного перевода типа Р50 в зоне стыков, выполненной расчетным путем, установлено, что монтажная затяжка стыковых болтов ко-хет быть безопасно увеличена до 1&р»1000 Н*м.

В третьей главе призедена оценка физико-механических свойств выссисопрэчкых болтов для стрелочных переводов к капрялэкно-дефэо-:

структурная схема исследования

ПРОБЛЕМА ПОДПРОБЛЕМЫ 1 | ЦЕЛЬ ЗАДАЧИ

Обеспечение работеспособного состояния, повышение надежности стрелочных переводов. Снижение числа отказов узлов стрелочных переводов в процессе эксплуатации. Солидаризация работы элементов стрелочных переводов. Повышение уровня безопасности движения поездов. Повышение работоспособности болтовых соединений кочтррель-совых, кресто-вииного узлов и стыков стрелочного перевода, улучшение их эксплуатационных показателей, снижение затрат на текущее содержание. 1. Обосновать оптимальные величины монтажной затяжки гысокопрочных болтов в узлах стрелоч-■ ных переводов; 2. Предупредить разрывы болтов и обеспечи-ь стабильное натяжение болтовых соединений; 3. Повысить сопротивляемость отказам контррельсовых, крестовинного узлов и стыков стрелочных переводов под поездными возде^ст- . виями пут^м использования высокопрочных болтовых соединений; 4. Исследовать и обосновать возможность совершенствования схемы стыкования бесстыковых плетей со стрелочными переводами; 5. Оценить технико-экономическуи эффективность внедрения высокопрочных болтовых соединений в узлах стрелочных переводов.

РИС. 1

" - 10 -

мировангого состояния рельсов при увеличенном монтажном натяжении болтов.

Задача увеличения монтажного натяжения болтов (при сохранении существующей их конструкции) решалась путем улучшения прочностных свойств болтов стрелочных переводов.

По инициативе МИИТ при участии автора на Магнитогорском калибровочном заводе (МКЗ) была изготовлена партия болтов повышенной прочности и гаек к ним: из стали 40Х (ГОСТ 11530-76) - 5650 шт. , из стали 20Г2Р - 7400 шт.

Болты из новой стали марки 20Г2Р отличаются большей, чем болты из стали марки 40Х, технологичностью в изготовлении - отсутствует операция дополнительной закалки в масле, что делает их предпочтительнее при массовом изготовлении.

В соответствии с ГОСТ 1759. 4-87 в заводских условиях испытаниями образцов на минимальную и фактическую разрызную нагрузку, определением твердости по Бринеллю, а также ударной вязкости были определены прочностные свойства термообработанных болтов из стали 20Г2Р. Установлено, что они соответствуют требованиям класса прочности 10. 9.

Твердость и прочность болтов из стали 20Г2Р даже превышают аналогичные показатели болтов из стали 40Х (близки к классу прочности 12.9), а ударная вязкость удовлетворяет требованиям класса прочности 8. 8.

Исходя из условия обеспечения статической прочности рельсов стрелочного перевода при планируемом увеличении монтажной затяжки болтов, в лабораторных условиях методом тензометрирования проведено исследование напряженного состояния шейки неупрочкенных рельсов типа ?50 в зоне стыка в зависимости от величины Ькр с целью оценки опасности появления дефектов 52.1 и 53.1. Установлено, что наибольшие значения растягивающих напряжений возникают по контуру болтовых отверстий и при 1!кр = 1000 Н*м достигают

G"max=358 МПа, что i.э превышает 80Х от величины допускаемых напряжений рельсовой стали на растяжение. Шлученные средние значения растягивающих напряжений в шейке рельсов по болтовому отверстию удовлетворительно корреспондируются с напряжениями, полученными расчетным путем.

Для практического обеспечения увеличенной монтажной затяжки высокопрочных болтов в конструкциях верхнего строения пути, в том числе на стрелочных переводах, проведены сравнительные испытания наиболее распространенных и серийно выпускаемых промышленностью ручных динамометрических ключей. Оценка точности чатякения проводилась с использованием тарировочного стенда СТП-2000.

Сделано заключение, что способ тарировки ключей методом под-вепивачия грузов является достаточно точным. Это подтверждается высотой сходимостью с заданными крутящий! моментами на стенде при отклонении от 6 до 27. в зависимости от величины реализуемой гатя жки болтов.

Для широкого использования в путевом хозяйстве, в том числе б узлах стрелочных переводов, оснащенных высокопрочными болтоврми соединениями при их повышенной монта^нсй затяжке, рекомендуется ключ предельный трещеточкьй КПГР-150, у которого погрешость натяжения не превышает 5Z при реализуемой затяжке болтов до Мкр=1500 H«.i

Четвертая глава посвящена экспериментальным исследованиям работы элементов и узлов стрелочных переводов в полигонных и эксплуатационных условиях при использовании высокопрочных болтовых соединений. Сравнительная оценка прочностных свойств и эксплуатационных характеристик типовых и высокопрочных болтовых соединений и соединяемых ими элементов стрелочных переводов осуществлялась е условиях Среднеазиатской .т.д. и Экспериментального кольца ЕНМССГ по следующим параметрам:

- упругие деформации рельсов;

-12- напряжение в рельсах;

- напряжения в болтах;

- крутящий момент на гайках болтовых соединений.

Регистрация измеряемых параметров проводилась в эксплуатационных условиях под локомотивами ВЛ-80 и ТЭИб графиковых поездов, в полигонных - под специально сформированным испытательным поездом и обращающимся составом при скоростях 25-70 км/ч.

Статистическая совокупность для каждою из значений полученных параметров состояла, как правило, из 96 измерений.

Высокопрочные ботовые соединения были установлены в контррельсовых и крестовинном узлах и стыках одиночных обыкновенных стрелочных переводов. Варианты установки с тарельчатыми и плоскими шайбами представлены на рис.2.

Варианты установки высокопрочных болтов в узлах стрелочных

переводов.'

1 - высокопрочный кснтррельсоЕЫй болт; 2 - тарельчатые шайбы; 3 - высокопрочная гайка; 4 - высокопрочный стыковой болт; 5 - плоская шайба Рис. 2.

По результатам испытаний, после, их статистической обработки, получены эмпирические аппроксимационные зависимости влияния величины монтажной затяжки Ь(кр на вертикальные и горизонтальные деформации рельсовых соединений стрелочного перевода.

В стыках переднего вылета рамных рельсов:

Дг = 1.38 - 1. 47*10 Мкр _ 0.84 - 6.4*10 Мкр Уа - 0. 52 - 5. 0*10 Мкр J

jr™ Да -

(1)

где

Л г ~ горизонтальная динамическая ступенька;

Аз - вертикальная динамическая ступенька;

Уз - неравномерность вертикальной упругой деформации в

зоне стыковой накладки. В стыках крестовинного узла:

-з

й& -3.73-1.2*10 Мкр лхв(г) -3

Да =2.33-0.6*10 top.

где л ле

-

п(п)

Ла : (2) 1.20

1.57 - 1.6*10 1.27*10

) Мкр] 10 Мкр],

(3)

I

вертикальный прогиб в хвостовом стыке крестовины с

(

установленными на болтах плоскими (П) или тарельчатыми (Т) шайбами; . ^

. п

Л о - то же в стык? переднего вылета крестовина

При увеличении монтажной затяжки стыковых болтов стрелочных переводов типа Р50 до 600 Н*м и типа Р65 до 850 Н*м зафиксировано двукратное уменьшение величины вертикальных просадок и углов перелома стыкуемых концов рельсов, уменьшение величин динамической "ступеньки" в вертикальной плоскости в 1.5 раза, в горизонтальной в 2.2 раза

Установлено, что увеличение монтажной затяжки контррельсовых болтов не оказывает заметного влияния на величину упругих деформаций контррельса, которые в большей мере определяются изгибной жесткостью самого контррельса.

Напряженное состояние рельсов стрелочного перевода при воздействии колес подвижного состава оценивалось по величине суммарных напряжений от воздействия монтажной и колесной нагрузок. По условию непревышения растягивающими напряжениями предельно допускаемых, величина монтажной затяжки ка данном этапе исследования была ограничена для неупроч::енных рельсов стрелочных переводов типе. Р50 и контррельсов Р50 и Р65 Мкр=бОО Н*м, неупрочнеккых рельсоз типа Р65 - 850 Н*м.

Установлено, что увеличение монтажного натяжения высокопрочных болтов в стыках и контррельсовых узлах переводов типа Р50 до величины },!кр=600 К*м (в 2.5 раза) к типа Р65 - до 850 Н*м (в 1.5 раза) не является лимитирующим для болтов класса прочности 10. 9. Наибольшие изменения монтажных напряжений имеют место в кокт-ррельсоБьг' болтах типа Р50 при существующей нормативной монтажной ьатяжке в результате воздействия колесной нагрузки ка кс:т-ррельсовый узел и достигают 8.5% (снижение) и 40% (увеличение).

По результата;.! периодического измерения натяжения контррельсовых и стыковых болтов в процессе эксплуатации заявлено впияиие монг;адной затяжки на стабильность натяжения болтовых соединений. Ка рис. 3 представлено изменение монтажного натяжения контррельсовых болтов стрелочных переводов в процессе их эксплуатации.

Установлено, что степень ослабления гаек, болтоз на длине контррельса неодинакова В средней части она на 15-20% меньпе, чем у болтов, расположенных б зоне принимающего отгиба контррельса Стабильность натяжения высокопрочных болтов по сравнению со стабильностью типовых повышена в 3-5 раз.

Применение тарельчатых пружин в болтовых соединениях при Мкр=бОО Н*м снижает потребность в периодических подтягиваниях гаек болтов более, чем в 5 раз. За время наблюдений (после пропуска более 100 млн. т брутто) не было случаез обрыва высокопрочных болтов з стыках и контррельсовых узлах стрелочных переводов.

Изменение натяжения контррельсовых болтов стрелочных переводов в процессе эксплуатации

- - высокопрочные болтовые соединения

'1 - крестовина типа Р65 марки 1/11

2 - крестовина типа Р50 марки 1/11

3 - крестовина типа Р50 марки 1/9

4 - крестовина типа Р65 марки 1/11. (Экспериментальное кольцо ВКИНЕТ) -

- - - - типовые болтовые соединения

5 - крестовина типа Р65 марки 1/11 о - крестовина типа Р50 марки 1/9

Рис. 3

Проведенные испытания опытной конструкции узла контррельса -протектора для стрелки-стрелочных переводов типа Р65 показали,

что воздействие подвижного состава ка этот узел превышает аналогичное воздействие на контррельсы жестких крестовин.

Установлено, что наибольшие растягивающие напряжения в контррельсовых болтах возникает при противошерстном движении состава по ответвленному направлению стрелочного перевода При размере желоба контррельса - протектора в прямой его части 48 мм средние значения результирующих растягивающих напряжений в контррельсовых болтах при Ыкр=бОО Нам составляют 330 МПа, при желобе 42 мм - 335 ЫПа, превышая допускаемые для типовых болтов. Поэтому при решении вопроса о широком внедрении конгррельсоЕ-протекторов на стрелочных переводах представляется целесообразным в качестве соединительных элементов использовать болты повышенной прочности. Высокопрочные болтовые соединения Енедрены е головные образцы опытней партии контррельсов - протекторов с установленной нормой монтажной затяжки Мкр=600 Н*м.

Пятая глава содержит расчетно-теоретические исследования напряженно-деформированного состояния элементов и узлов стрелочного перевода.

Оценка выносливости высокопрочных болтов ( гладкой и нарезной части) и шейки рельсов (по 6олтоеым отверстиям) производилась по методике, разработанной к. т.н. Кондрзтьевым A.A., с учетом полученной асимметрии цикл- напряжений при динамическом нагружении. По соотношению допускаемых значений длительного предела выносливости [ßi] и максимальных напряжений в цикле i.ax (5* устанавливался коэффициент запаса прочности.

В табл. 1 приведены результаты расчета коэффициента запаса прочности п ' контррельсовых болтов из стали 20Г2Р при различной величине монтажного наг руления.

Установления, запас прочности болтов класса прочности 10.9 обеспечивает их длительную бездефектную работу при рекомендуемом увеличении монтажного натяжения.

Таблица 1

Характеристики выносливости контррельсовых болтов

1 |Крутящий 1 | Максимальные Коэффициент 1 1 1 Длительный | 1 Коэффициент I

1 момент, ! напряжения асимметрии,I предел | запаса |

|Мкр,Н*м 1 цикла, 1 г |выяослизости| 1 [б%],МПа. 1 1 ' I

| 230 1 i 180.6 I 10. 65 1 1 | 847/531 | 1 | 4. 29/3. 49 |

| 500 1 1 I 246.3 1 ± 0. 83 1 1 | 965/786 | 1 1 3.92/3.19 |

1 | 750 | 1 I 334.3 \ ±0.90 1 1 I 1020/896 | 1 г 3. 05/2. 60 | 1

3 числителе - для гладкой части болта, в знаменателе - с резьбой.

Ьри оценке выносливости рельсов стрелочных переводов имеющийся запас прочности рельсоэ, в той числе неупроченных типа Р50, обеспечивался более чем двукратно.

Расчетное обоснование величина монтажной затяжки выполнено для контррельсовых болтоз стрелочного перевода на ПЭВМ с использованием метода конечных элементов.

<

Очертания профиля контррельсового узла з расчетной модели соответствуют реальным размерам соединяемых элемен.ов типа Р65. Различия физических сгойств материала элементов ко"тррельсового узла: рельсов, вкладыша, болта задавалось соответствующими величинами модуля продольной упругости Е и коэффициента Пуассона/«*/.

Деформированное состояние контррельсового узла описывалось уравнениями равновесия видаки = ■ (4) где К - матрица.жесткости;

и - вектор перемещений;

Н - вектор нагрузок ,

Для конечного элемента:

Ке = / Ве и Ве ¿А , где (5) ¿2.

Б - матрица зависимости напряжений от деформаций;

Ве - матрица зависимости деформаций от перемещения узлов;

Ве - транспонированная мзтрица Ве;

- облзсть, занимаемая конечным элементом.

Для рекения системы был использован метод Гаусса.

В качестве исходных данных приняты характеристики электровоза ВЛ-80 и 4-х осного полувагона с осевой нагрузкой 270 кН.

На рис. 4 представлено напряженное состояние контррельсового болта от суммарного воздействия монтажной затяжки Мкр и колесной вертикальной Рр и горизонтальной Ркр нагрузок локомотива ач-80.

Сопоставление полуденных расчетных и экспериментальных величин результирующих максимальных напряжений в теле контррельсового болта (табл.2) показало их хорошую (до 17%) сходимость.

Напряженное состояние контррельсоього болта типа Р65

ЕЗ - 66,8

Рис. 4

Таблица 2

Максимально вероятные напряжения з контррельсовом болте типа F65 (Ф=0. 994) под нагрузкой

Нагрузка Скорость Напряжения в МПз при монтажной затяжке Мкр, Нам

250 600 850

экспериментальные расчетные экспериментальные расчетные экспериментальные расчетные

Монтажная 0 125.4 123. 4 204. 5 228.7 290.2 300.7

Ррез. от локомо- ВЛ-80 40 - 223.5 - 294.8 - 339.1

70 245.1 259.1 297.6 340.3 321. 4 380.4

100 - 325.8 - 389.8 - 432.1

PD63. ОТ нагона с осевой нагрузкой 27тс 40 - 255.2 - 328.3 - 359.2

70 279.9 278.8 312.3 342.8 332. 4 331.2

100 - 303.2 359.8 - 410. 8

В результате анализа расчетных величин и характера напряже-

ний в теле контррельсового болта и элементах контррельсового узла определены зоны концентрата! напряжений "и коэффициенты концентрации п при монтажной яагружении контррэльсоЕого узла.

3 зоне первого витка резьбы контррельсового болта п рэчен 1.8, в местах контакта контррельсового зкладыза и сейки контррельса по кромке болтовых отверстий п =2.2.

В результате обобщения всех полученных материалов установлена следукпие величины рекомендуемой затяжки высокопрочных болтов: для стрелочных переводов типа Р50 и кснтррельсовмх узлов типа PS5 -'¿кр=бОО II1!/, для стыков стрелочных переводов типа Р65 - 850 кроме изостыкоз и стжов корня остяков, где увеличение ыонтадиого патя.^пня не планируется вследствие недостаточной прочности элементов узлов.

Для прогнозирования температурной работы рельсов стрелочных переводов при увеличении монтажного натяжения путевых болтов в стыках на основе расчета рельсовых плетей бесстыкового пути разработана методика и выполнен многовариантный расчет схем примыкания бесстыкового пути к одиночным стрелочном переводам.

Существующие методики расчета темперзтурной работы пути рассматривает стрелочный перевод как неподвижный, температурные перемещения которого целиком компенсируется примыкающими уравнительными пролетами (две пары уравнительных рельсов).

Основа предложенной в диссертации методик!! состоит в последовательном преодолении температурными силами, возникающими в рельсах стрелочного ..перевода, сопротивлений, имеющихся з местах контактирования элементоз-верхнего строения пути.

Анализ результатов расчета температурной амплитуды и температурных напряжений в рельсах стрелочного перевода типа Рб5,»*при увеличенной монтажной затяжке (Мкр=850... 1100 Н*м) и пестибрлто-вой конструкции стыка с учетом с:ни.*гния в процессе эксплуатации монтажной затяжки (среднее по.стыку) до Икр=600 Н*м и возможных технологических трудностей соединения плети и рельсов стрелочного перевода в момент укладки бесстыкового пути допускает изменение типовой схемы примыкания (двумя пара}« уравнительных рельсов). Е качестве демпфирующего устройства температурной работы соединяемых конструкций предлагается соединение одной парой уравнительных рельсов, допустимое во всех климатических генах железных дорог России. Рекомендуемая схема требует дальнейшей проверки в эксплуатационных условиях. Диаграмма изменения стыковых зазороЕ Л и эпюра температурных напряжений <э± представлены на рис.5.

В шестой главе- приводится расчет экономической эффективности усиления стрелочных переводов высокопрочными болтами, выполненный согласно рекомендованной ШС методике.

Параметры температурной работы зоны стыкования стрелочного перевода с бесстыковыми плетями одним уравнительным рельсом (наружная нить прямого направления). />!л /V fCTf АУ А РУ <?с

Диаг/ссгмма ¡/¿менемя cr<j<oet/x Эл/с/=а re#/7e/"*ry/>//i/*

Определено, что установка высогапрочных болтов з узлах стрелочных переводов увеличивает единовременные затраты на материалы при монта болт се. но ведет к снижению затрат на содержание.. 06-затраты нз материалы, установку и содержание снижается на 60Х для переводов типа Р65 и на 35% для типа Р50. В ко:.трр2льсовых узлах наиболее целесообразны}.! представляется установка высокопрочных болтов заводом-изготовителем стрелочной продукции.

По данным Среднеазиатской к. д. годовой экономический эффэкт (на 1932 г.) от внедрения высокопрочных болтовых соединений на один стрелочный перевод составил, с учетом экономии эксплуатационных затрат 0. 5-0. 6 тыс. руб.

- 22 -ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполненные в диссертационной работе исследования позволяет сделать следующие основные выводы:

1. Существующие величины монтажных нзтяжений болтовых соединений стрелочных переводов и прочностные-свойства типовых болтов не обеспечивают их бездефектной работы не исключая обрывы болтов, в первую очередь контррельсовых, и стабильности натяжения, что ведет к расстройствам конструкции переводов в целом, сокращению срока его службы и увеличению эксплуатационных расходов.

2. Результаты выполненных экспериментальных, расчетно-теоре-тических и эксплуатационных исследований показали возможность увеличения монтажного натяжения при использовании высокопрочных болтовых соединений в узлах стрелочного перевода

3. Рекомендуется усиление конструкции стрелочных переводов путем замены типовых болтовых соединений в контррельсовых, крестовинпом узлах и стыках болтами повышенной прочности (класс прочности 10.9) с плоскими или тарельчатыми шайбами и высокопрочными гайками к ним.

4. Монтажный крутящий момент рекомендуется равным: 600 Н*" -для болтовых соединений стрелочных переводов типа Р50 и контррельсовых болтов типа Р65 и 850 Н*м для стыковых болтов стрелочных переводов типа Р65 (кроме изолирующих стыков и корневого стыка остряков).

5. Внедрение высокопрочных болтовых соединений позволяет исключить обрывы болтов. Белее чем в 5 раз увеличиваются сроки между периодическими подтягиваниями гаек болтов, стабилизируется работа узлов стрелочного перевода эа счет уменьшение упругих деформаций, углов перелома и динамических "ступенек" рельсов в горизонтальной и вертикальной плоскости в зоне стыков.

6. Расчетно-теоретическое исследование температурной работы рельсов стрелочного перевода,оснащенного, высокопрочными болтовыми

соединениями при. увеличенном монтажном натяжении болтов, показало возможность упрощения схемы примыкания рельсов стрелочного перевода к плетям бесстыкового пути. В качестве демпфирующего устройства температурной работы соединяемых конструкций предлагается соединение' одной парой уравнительных рельсов, допустимое во Есех климатических зонах железных дорог России. •

7. Для практического обеспечения оптимального натяжения с необходимой точностью (+5%) при монтаже и текущем содержании высокопрочных болтов целесообразно использовать ручные динамометрические ключи трещеточного типа КПТР-150 или с индикатором часового типа

8. В результате исследований установлена экономическая целесообразность обустройства узлов стрелочных переводов высокопрочными болтовыми соединениями. Общие приведенные затраты снижается на 607. для переводов типа Р65 и на 35% - типа Р50. Наибольший экономический эффект может быть получен при установке высокопрочных болтовых соединений заводом-изготовителем стрелочной продукции.

Основные положения . диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Еондратьез A.A., Хвостик M.KL, Синягин Ю. А. "Опыт применения высокопрочных болтов в стрелочных переводах" Информационный " листок Среднеазиатской ж. д. - Ташкент: Технический отдел управле-' ния Среднеазиатской ж. д., 1992 - 6с.

2. Хвост!ГгС М. ¡а " Контррельс - протектор улучшенной конструкции". Вестник ВНИИлГа - 1993 г. - N1 - С. 24-29.

а "Высокопрочные болты на стрелочных переводах" Клино.. С. JL , Кондратьев А. А., Хвостик М. Ю., Синягин Ю. А. Путь к путевое хозяйство - 1993 г. - N4 - С. 15-17.

4. Костик М. XX "Повышение работоспособности болтовых соединений стрелочных переводов" Сб. тес. докл. по итогам Недели науки 1993-1994 Г. Г. - Ы.: МИИГ, 1994г. ,4.1.

5. Хвостик й Ю. "Примыкание (¡есстыкового пути к стрелочному переводу" Сб. тез. докл. по итогам Недели науки 1993-1994 г. г. -М.: 1094г., 4.2.

Хвостик Михаил Юрьевич ... ПОВЫШЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ БОЛТОВЫХ СОЕДИНЕНИЯ СТРЕЛОЧНЫХ ПЕРЕВОДОВ ■ (05.22.06.- Железнодорожный пут;

Сдано в набор Ы.З^г_Подписано к печати •/• >7- ЗУг.

Формат бумаги 60x90 1/16 Объем 1.5п. л. Заказ Тираж 100зкз.

Типография ЕНИИНГ, ЪЬсква, ул. З-'я Мытищинская, д. 10