автореферат диссертации по транспорту, 05.22.06, диссертация на тему:Повышение живучести рельсовых плетей бесстыкового пути, пораженных скрытыми поперечными трещинами в головке

/ I- |млл <---7МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ ! « »;!'' 1

'ГлЛ Г^ ТТТТ~1 А ТТТГГ4

гиооушипиух •¿•с^цигнДгш

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИЕЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (МШТ)

На правах рукописи

Сидраков Андрей Александрович

УДК 625.143-192:525.143.482

ПОВЫШЕНИЕ ЖИВУЧЕСТИ РЕЛЬСОВЫХ ПЛЕТЕЙ БЕССТЫКОВОГО ПУТИ, ПОРАЖЕННЫХ СКРЫТЫМИ ПОПЕРЕЧНЫМИ ТРЕЩИНАМИ В ГОЛОВКЕ

Специальность 05.22.05 - Железнодорожный путь

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москез - 1997

Работа выполнена в Московском государственном университет путей сообщения (ШИТ)

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор С.И.Клинов

Научный консультант - кандидат техншеских наук

В.Г.Кривоногое

Официальные оппоненты

чл.-корр. Международной Академии информатизации, доктор технически наук В.Л.Порошин, кандидат технических наук, М.А.Левинзон.

Ведущая организация

Департамент пути и сооружений Министерства путей сообщения Р1

Защита состоите

1997 г

эится ¡$6« /ОиОНЛ^_

в/б час00 мин. на заседании Диссертационного совета Д 114.05.0

при Московском государственном университете путей сообщения (МИИТ по адресу: 101475, ГСП-4, Москва, ул. Образцова, 15, зуд. /

С диссертацией можно ознакомиться е библиотеке университета Автореферат разослан ¿/3" 1997 г.

Отзыв на реферат, заверенный печатью, прости направлять п адресу Университета.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Осноеной задачей научно-технического рогресса в путевом хозяйстве является повышение надежности желез-одорожного пути, в периую очередь - рельсов, обеспечивающих безо-асное и бесперебойное движение поездов.

Анализ причин одиночного выхода рельсов показывает, что для >ельсов тяжелы?: типов, при общем уменьшении уровня дефектности, :арактерно относительное увеличение процента изъятий из-за дефек-'ов, возникновение и развитие которых определяется недостаточной гантактно-усталостной прочностью металла головки рельсов. Доля сказанных дефектов составляет для рельсов тяжелых типов 2/3 от зсех повреждений, по которым рельсы изшзются из пути.

Одним из наиболее эффективных средств усиления пути является Фименение бесстыкового пути, полигон которого составляет пока 34,6 тыс.км (27,4 % протяжения главных путей МПС Р2>) и е перспективе будет расти.

Интенсивность Еыхода рельсоЕ бесстыкоЕого пути по контакт-но-усталоетным дефектам зависит от многих эксплуатационных, природно-климатических, а также технологических факторов.

Одним из определяющих факторов является величина и продолжительность действия продольной растягивающей силы в рельсовых плетях. В связи с этим возникает необходимость изучить и повысить живучесть рельсов, поврежденных внутренней поперечной трещиной в головке (дефект 21), при совместном воздействии на них продольной растягивающей силы и циклической динамической нагрузки от колес подвижного состава.

Целью работы является разработка рекомендаций и предложений

по продлению живучести длительно эксплуатируемых дефектных рельсо вых плетей бесстыкового пути.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

- разработан ноеый способ лабораторно-стендовых испытали натурных образцов рельсов при одновременном действии по перечной и продольной растягивающей силы;

- расчетно-экспериментальное исследование зависимости скорости роста внутренней поперечной трещины в головке рельса от величины и продолжительности действия растягивающих продольных сил при различных уровнях вертикальны: нагрузок от колес подеижного состава;

- предложены технические и технологические средства, обеспечивающие продление живучести рельсовых плетей с дефектами 21, а также оцененз технико-экономическая эффективность внедрения практических рекомендаций.

Методы исследования: Экспериментальные исследования выполнет на разработанном автором специальном стенде для испытаний нагурны;-рельсовых образцов с применением тензометрических устройств и приборов. В теоретических исследованиях напряженно-деформированного состояния рельсов и развития поперечных трещин в них использовав принцип линейной механик!! разрушения, метод конечного элементе (МКЗ), методы математической статистики и теории вероятностей. Математическое моделирование выполнено на ПЭВМ.

Научная новизна заключается в следующем:

- предложен и разработан приоритетный способ усталостны;-: испытаний нзтурных образцов рельсов с внутренними трещинами е головке при циклическом поперечном изгибе и одновременном Д6ИСТЕК15 ПрОДиЛЪНОК раСТйГИБЗЮЩвИ силы;

- разработана методика определения критической площади поперечных трещин в голоЕке рельсов бесстыкового пути;

- разработана методика расчетно-экспериментального исследования скорости развития поперечных усталостны;-; трещин в голоЕке при совместном действии продольных растягивающих сил в рельсе и вертикальной изгибающей нагрузки;

- установлены зависимости живучести дефектны;-; рельсовых плетей типа Р65 от эксплуатационных (осевые нагрузки) и температурных условий (продольная растягивающая сила), а также термического упрочнения при изготовлении рельсов.

Достоверность разработанной методики и расчетной модели подт-¡ерждена достаточно хорошей сходимостью расчетных результатов с жспериментальными.

Практическое значение работы. На основе выполненных теорети-1еских и экспериментальных исследований разработаны рекомендации ю продлению живучести рельсовых плетей постановкой стыковых нак-тадок, стянутых высокопрочными болтами.

Результаты работы Енедрены в Отчете ВНИИЖТ N 1163/97 "Разработка и внедрение мероприятий по реализации ресурсосберегающих технологий производства и эксплуатации рельсов в новой системе ведения путевого хозяйства" .

Апробация и публикации работы. Основные положения доложены и одобрены на научно-технической конференции ШИТ 15.04.97 г. Полностью диссертационная работа рассматривалась и была одобрена кафедрой "Путь и путеЕое хозяйство" МИИТа 11.04.97 г.

По материалам диссертации опубликована три статьи и получено авторское свидетельство на изобретение.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав заключения, перечня литературы и приложений. Работа содержит 18 страницы машинописного текста, 55 рисунков, 16 таблиц и 4 приложе ния. Список литературы включает 120 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность теш диссертационной ра боты, изложены задачи и цели исследования. Структурная схем исследования, включающая формулировку проблемы, цели исследовани и задачи, которые необходимо решить для ее достижения, приведен на рис.1.

В первой главе диссертации рассмотрены проблемы и перспектив обеспечения живучести длительно эксплуатируемых рельсовых плете бесстыкового пути.

Выполненные исследования бесстыкового пути, обеспечивающи его широкое применение на дорогах сети Российской Федерации, свя заны с именами отечественны;-; ученых В.Г.Альбрехта, В.Ф.Барабс-шина М.С.Боченкова, Е.М.Броыберга, М.Ф.Вериго, Н.Б. Зверева, С.И.Клико за, А.Я.Когана, З.Л.Крейниса, С.И.Морозова, В.И.Новаковича С.П.Першина, В.Л.Порошнна, В.А.Рейхарта, Г.М.Шахунянца, В.Я.Шульг; и др.

В результате анализа статистических данных и результатов исследований закономерностей формирования и развития дефектов : рельсовых плетях бесстыкоЕого пути установлено, что в современны; условиях эксплуатации одним из наиболее распространенных и опасны; дефектов являются поперечные трещины в головке контактно-усталостного происхождения (дефект 21).

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ИССЛЕДОВАНИЯ

Рис.1

Технология восстановления дефектных рельсовых плетей разр; ботана ео ЕНИИЖТе (исследования Н.П.Виногорова, В.Л.Порошинг Е.А.Шура).

На образование к развитие скрытых трещин, наряду с эксплуатг ционными условиями работы бессгыкового пути, существенное влияш: оказывают климатические факторы, и прежде всего - температура. Зл мой при низких температурах снижается трещиностойкость рельсоЕ одновременно возникают значительные продольные растягивающие сш (до 1200-1300 кН), величина которых в рельсовых плетях прямо прс порциональна отрицательному температурному перепаду.

Анализ эксплуатационных данных показал, что на каждом киле метре длительно эксплуатируемого бесстыкового пути тлеется е сред нем до 3 дефектов 21.

Для обеспечения безопасности движения поездов необход™ знать размер критической площади внутренней поперечной трещины головке рельса, при которой может произойти его хрупкое разрушени в различных эксплуатационных и климатических условиях работы же лезнодорожного пути.

Общеизвестная методика (ЕНИИЖТ) определения критической пло щади (Рк) дефекта 21 базируется на результатах лабораторных испы танин натурных образцов рельсов под действием вертикальной цикли ческой силы, но без учета продольны;-: растягивающих сил в рельса;-; поэтому справедлива только для звеньевого пути.

В диссертации разработана методика определения величины крн тической площади трещины (Рк) в бесстыковых рельсовых плетях учетом действующих в них продольны;-; температурных сил. Исследован напряженно-деформированное состояние рельсового образца, установ ленного на двух опорах головкой вниз ( для создания в ней рзстлже

ия) и загруженного вертикальной поперечной силой (Р) и продольной севой растягивающей силой (Nt)•

Суммарное напряжение в кромках головки рельса (бг) определяюсь по формуле:

U Nt

6Г = - -Кг + - , (1)

W г F

или, после деления всех членов уравнения (1) на Кг и подстановки М = Р-1/4 :

Р-1 Nt

6эф = - + - , (2)

4Wr F-Kr

где бЭф - эффективные или приведенные напряжения в головке рельса при одновременном действии статической продольной силы (Nt) и вертикальной силы (Р); М - изгибающий момент, Н-м-, Р - вертикальная нагрузка, Н; Wr - момент сопротивления рельса, относящийся к кромкам голоеки при изгибе в вертикальной плоскости, м3; Кг>/ 2-6 - коэффициент концентрации напряжений при изгибе; Nt - продольная растягивающая cima, Н; F - площадь поперечного сечения рельса, uz . Используя полученную во ВНИИЖТе зависимость 1 (см.рис.2) критической площади трещины (FK) от величины кромочных напряжений в голоЕке рельса (б) для объемнозакаленных рельсов типа Р 65 для твыпвратуры t="r20c>C и при отсутствии продольных сил (i■<г — 0) VI фор-

мулу (2), построены расчетные зависимости 2 и 3.

Зависимость критической площади поперечной трещины е головке объемнозакаленных рельсов Р 65 от действующих напряжений и температур

60 80 100 120 140 160 180 200 220 240

Кромочные напряжения в головке 6 , МП Рис.2

При этом указанные условия (1=+20°С, 1^=0) приняты в качест типичных начальны;-; при укладке и закреплении рельсовых плетей, затеы рассмотрены дьз Езрканта к;-; работы при пониженных температ

ах: 2 и 3 соответствуют 1= -20° и 1= -60°С, 1-^= 800 и 1^= "1600 кН оотЕетственно. Поскольку внутренние поперечные трещины в головке ельса имеют различные наклоны и ориентацию, то и величина козффи-.иента концентрации напряжении различна.

Сопоставляя зависимости 1, 2 и 3, можно заключить, что дей-твие продольных сил при отрицательных температурах в зимний пери-|Д эксплуатации бесстыкового пути существенно снижает критическую [лощздь дефекта 21 при прочих равных условиях. Например, при уров-[е напряжений в рельсах б = 160-180 МПа, характерном для средних 'словий нагружения пути, указанное снижение составляет 6-9« (при •20°С) и 10-13% (при -60°С).

Во второй главе разработаны программа и методика лаборатор-га-стендовых испытаний натурных образцов рельсов, при одновремен-юм действии поперечной и продольной растягивающей силы; проведены испытания 25 образцов рельсов типа Р65, снятых с пути с раз-ничными поперечными трещинами в головке, и выполнен анализ результатов испытаний. Испытывались образцу объемнозакаленных рельсов и рельсов с поверхностной закалкой.

Целью испытаний являлось определение влияния продольной растягивающей силы на живучесть рельсов, имеющих внутренние поперечные трещины в голоЕке.

Основная особенность данного экспериментального исследования заключалась в предварительном создании в рельсовом образце продольного растягивающего усилия. С этой целью разработан приоритетный способ усталостных испытаний рельсов, позволяющий в лабораторных условиях имитировать реальные условия нагружения рельсовых плетей бесстыкоЕого пути в зимний период эксплуатации, сконструирована и изготовлена специальная установка для его реализации

(рис.3).

Схеш испытания образцов рельсов с поперечными усталоетными трещинами в головке (а) и установки для натяжения рельса (б)

м —

—е

7У7}

ЮОО

77Т/Ъ77

/200

№ —

Рис.3. -

При этом образец рельса предварительно нагревался (до 80° --100° С) электрическим током, закреплялся в оснастке и после естественного охлаждения (до +20°С) кспытыватся в растянутом состоянии на изгиб, величина предварительного осевого растяжения рельс; '¡1 (до 1000 кН) контролировалась с помощью электротензометров (с

точностью до 20 кН).

Вертикальная нагрузка на рельс варьировалась в пределах от 250 кН до 350 кН с шагом 50 кН, а продольная растягивающая сила принималась раЕной 0, 500 и 1000 кН соответственно.

Для усталостных испытаний использовались образцы рельсов, вырезанные из длительно эксплуатируемых бесстыкоЕых плетей типа Р65 с дефектами 21 (различной начальной площади Рнач от 5 до 56% площади сечения головки). Каждый образец с соответствующим предварительным осевым растяжением испытывался до разрушения на пульсаторе ЦДМ-200/400 Пу. Эффективные напряжения в головке рельса с дефектом 21 определялись по формуле (2), для чего измерялись фактические площади трещин в начале (РНач) и в конце испытаний (РКон), а также ее приращение (ДР=РКон" Рнач).

Полученные в ходе испытаний результаты показали, что на скорость развития трещин (ДР/п), где п - число циклов нагрузки до разрушения обрззца, существенное влияние оказывют продольная растягивающая силз (N0 и начальная величина площади трещины (Рнач)-

Использовались образцы рельсов типа Р 65 с поверхностной закалкой ТВЧ комбината "АзсЕсталь" и объемнозакаленные рельсы Нижне- Тагильского и Кузнецкого металлургических комбинатов.

По результататам опытое получены аппроксимированные зависимости скорости развития трещин для рельсов с поверхностной закалкой и для объемнозакаленных рельсов от растягивающей силы (рис.4).

Установлено, что на живучесть рельсов существенное влияние оказывает не только величина продольны;-: растягивающих сил (ЫО и начальная величина площади трещины (РНач). но и способ закалки рельсоЕ. Так, живучесть объемнозакаленных рельсоЕ при действии продольных рзстлгкизюищх ск.л больше, чем рельсов с поверхностной

закалкой на 28% №=500 кН) и на 63% (Мг=1000 кН).

Зависимости скорости развития трещины е головке рельсов Р65 от величины продольной растягивающей силы

-> н

а

ч-Г

3 8

аг «О гО

<с а

о о а о

О

1-Рельсы с поверхностной закалкой ^

/ 0

2-0бъемнозакаленные рельсы /

/

/

/

/

/1*2,^14-0,8 Я

•/ч / $ /

О 500 ооо

Продольная растягивающая сила кН Рис. 4

Третья глава содержит расчетно-экспериментапьное исследоЕани скорости роста трещин усталости рельсовых плетей бесстыкового пути, имеющих скрытые поперечные трещины в головке.

По методике, разработанной в диссертационной работе, проведе но исследование длительности роста поперечной трещины в голобк рельса, исследовано влияние на нее величины продольных растягива ющих сил и продолжительности их действия, а также вертикальны; сил, Действующих от колеса кз рельс.

Е работе были рассмотрены различные формы трещин, в частности, эллиптическая внутренняя трещина, полуэллиптическая, углевая и т.д. Для Есех вариантов были проведены расчеты числа циклов до разрушения и ЕЫбран вариант, давший наилучшие результаты для большинства экспериментов. Оказалось, что расчет коэффициента интенсивности напряжений (НИН) для внутренней эллиптической трещины наилучшим образом отвечает эксперименту, причем даке в том случае, когда эллипс переходит в окружность.

Расчет длительности роста трещин (ДРТ) в рельсе на основе принципов линейной механики разрушения проводится по уравнениям, связывающим скорость распространения усталостной трещины с11_/с1п и К (КИН) в виде:

сНУёп = [С,пп,1п,г,К] , (3)

где Ь - длина трещины, мм;

п - число циклов нагружения, цикл; К - коэффициент интенсивности напряжения (КИН) при

циклическом нагружении; г - коэффициент ассиметрии циклического нагружения (г=К1гип/Кгпах),

С, ш, пп - коэффициенты, определяемые экспериментально на образцах.

Интегрируя (3), можно получить либо величину приращения трещины при заданном числе циклое нагружения от па до пк:

Пк

Ь = Г Г [С,пп,т,г,К] с1п , (4)

По

либо число циклов до разрушения при известном приращении дл] ны трещины от 1а до

п = I ПС,г.п,т,1?,К] (Е

Ьо

Для решения этой задачи были реализованы следующие шаги:

1. Расчет напряженно-деформированного состояния (НДС).

2. Определение КИН как функции НДС и геометрических размеров трещины в головке рельса.

3. Определение закономерности действия нагрузок на образцах рельса.

4. Получение свойств материала рельса (скорости роста трещины как функции КИН).

5. Интегрирование скорости роста трещин для получения кривой длительности роста трещин (ДРТ), используя соответствующие нагрузки, расчет КИН.

По экспериментальным данным рассчитаны праСч для испытанных образцов рельсов.

Сходимость экспериментальных и расчетных результатов оказалась удовлетворительной, так среднее несовпадение экспериментального (Пэксп) и расчетного (прасч) числа циклов до разрушения не превышает 1,8-3,8 млн.т.бр., что эквивалентно 1-2 месяцам эксплуатации. Установлено наличие весьма тесной корреляционной связи между расчетным и экспериментальным числом циклов нагрузки до разрушения образцов рельсов Р65 с трещиной в головке (табл.1), чтс свидетельствует о достоверности расчетной модели.

В работе проанализирована реальная продолжительность действия растягивающих сил от 250 до 1000 кН в годичном цикле для различных

дорог (Московской, Октябрьской, Северной, Среднеазиатской).

Таблица 1

Корреляционная сеязь между расчетным (прасч) к экспериментальным (пЭксп) числом циклов нагрузки

Число Уравнение регрессии Средне- Коэффициент

Закалка пар вида квадра- корреляции и оценка

точек тичен его значимости

рельсоЕ Пт (шт) прасч= а+в•Пэксп отклон. ЗПрасч

г бЖ л(гь \г\ ~>2,6 бг

поверх-

ностная 11 Прасч=1.44-Пэксп-0,4 5,126 0,663 0,169 3,92

ТВЧ

объём-

ная 14 Прасч= 0,8-пЭКсп+0>5 4,351 0,615 0,166 3,73

В соответствии с полученными данными, расчет влияния продолжительности действия продольных растягивающих сил, которые на практике действуют периодически, проведен для грех вариантов, когда продольные растягивающие силы (N0 действуют примерно третью часть (0,3) общего времени общего нагружения рельсов в годичном цикле, половину (0,5) или действуют постоянно (1,0).

В результате расчетов и испытаний установлено:

1. Продольные силы существенно влияют на живучесть рельсов с внутренней трещиной в головке (рис.5).

2. Число циклов до разрушения зависит также от относитель ной продолжительности действия продольных сил и обрати пропорционально ей.

3. Живучесть рельсов значительно зависит от величины вер гикальных сил от 200 до 350 кН и обратно пропорциональн ей (табл.2).

4. Управляя действием продольных сил в рельсах, можно существенно повысить живучесть рельсоЕ, поврежденных дефекто; 21, и добиться нужного технико-экономического эффекта.

Таблица 2

Начальная площадь трещины ^нач (Л) Средняя скорость развития трещины АР/п (мм2-10~4/цикл) при вертикальной силе Р(кН)

200 250 300 350

10 - 15 3,53 15,10 46,41 116,60

15 - 20 4,18 17,02 52,36 131,37

20 - 25 4,82 19,59 59,74 149,84

25 - 30 5,46 22,48 68,42 со 1

Четвертая глава посвящена анализу и выбору технических и технологических средств, обеспечивающих продление живучести длительш эксплуатируемых рельсовых плетей с дефектами 21.

Продление срока службы рельсовых плетей бесстыкового пут]

достигается усилением сечения рельсов с дефектами 21 ( с площадью грещины менее 30%) постанов?:ой накладок. При этом общее сопротивление сечения рельса возникновению растягивающих напряжений в головке рельса увеличивалась на 25-ЗОХ, в результате уменьшается скорость роста трещины, увеличивается долговечность длительно эксплуатируемых рельсовых плетей.

Зависимость живучести рельсов Р65 от величины продольной растягивающей силы

ю

о тН 1 п

■*

а

а

с

ГЧ

я

м>

ы

>.

и.

Я

и. П 5

п

И

<ч

и

э

9

п

14

я

о

<11

с

ч

11

ье

1 - Объемнозакаленные рельсы

2 - Рельсы с поверхностной закалкой

п=0,14ЫИ-0,471^+0,57

500

1000

Продольная растягивающая сила М^ кН Рис.5

Исследования, проЕед$ккыв ка кафедре "Путь и путевое хознис-

.С U -

тео" МШТа показали, что накладки (ГОСТ 8193-73) могут иметь бы пукдооть, как ЕЕерх (со стрелой изгиба до 1 мм), так и вниз (с стрелой 0,5 мм). При затягивании болтоЕ, стягивающих такие накла дки, установленные в зоне поперечной трещины е головке, появляютс дополнительные напряжения в верхней части голоеки рельса. Тем са мым снижается эффект от увеличения момента сопротивления систем рельс-накладки. В связи с этим, доцент А.И.Гасанов разработал исследовал способ продления работоспособности бесстыковых плете установкой в местах обнаружения дефекта 21 модернизированных нак ладок, тлеющих прерывистое опирание в голоЕке (а.с. 1469002 СССР) При этом способе снижение растягивающих напряжений в головке (з счет постановки накладок) совмещается с созданием местных, е зон трещины, сжимающих напряжений за счет создания переменного профил накладок. Однако при этом способе в подоиЕе рельса появляются дс полнительные растягивающие напряжения * 200 Ша, что эквивалентн понижению температуры рельса на 8°С (для Р65). Это лимитирует при менение указанны:-; накладок в кривы;»; малых радиусоЕ, где величин интервала закрепления невелика (от 7° до 1й°С).

В работе детально рассмотрены способы, обеспечивающие:

- снижение растягивающих напряжений в рельсовых плетях имеющих несколько (более 2-Зх) дефектов 21 за счет раз рядки напряжений;

- усиление плетей, тлеющих одиночные внутренние поперечнь трещины в головке, с помощью накладок, стянутых высокс прочными болтами (класс прочности 12.9).

Рельсовые плети бесстыкового пути закрепляются в расчетнс интервале температур (по ТУ-91), величина которого для прямых уча стков пути и пологих кривых при современны:-; типа-: верхнего строе

ни пути с термически упрочненными рельсами Р65 на железобетонных ¡палах достигает 40°-50°С. Это означает, что для плетек. повреж-1енных внутренними поперечными трещина;.«!, закрепленных при укладке ¡близи верхней границы температурного интервала, перезакрепление глети при температурах, близких к нижней границе (1ог^«1^з+5°-10оС) >асчетного интервала, может снизить уровень растягивающих продоль-шх сил на 600-900 кН, и тем самым, продлить живучесть рельсоЕых иетей с дефектами 21 на 45-80% (см.рис.5).

Усиление плетей, имеющих внутренние поперечные трещины, с помощью накладок с обычными болтами (класса прочности 8.8 из ст.35) юзволяет снизить продольные растягивающие силы в зоне трещины на 126 кН (при Мкр=200 Н-м) и на 427 кН (при Мкр=600 Н-м). Постановка пестидырных накладок с высокопрочными болтами (класса прочности 12.9 из ст.40 Х.30Г2Р), затянутыми крутящим моментом Мкр=1100 Н-м, збеспечит снижение продольных растягивающих сет в зоне трещины на 307 кН (эквивалентно %40°С).

В пятой главе выполнена оценка экономической эффективности 1рименення разрядки температурных напряжений для снижения растягивающих продольных сил и постановки стыкоеых накладок с высокопрочными болтами.

Установлено, что выполнение разрядки температурных напряжений е бесстыкоЕой плети ведет к увеличению единовременных затрат труда на производство этой работы, однако, временное и окончательное восстановление рельсовой плети, имеющей несколько дефектов 21, приводит к значительным затратам на предоставление, как минимум, двух "окон", затратам на материалы (смена рельса) и затратам на текущее содержание такой плети.

Срок окупаемости дополнительны;-; расходов на установку стыко-

вых накладок с высокопрочными болтами, а также на разрядку темпе рзтурных напряжений меньше нормативного.

ВЫВОДЫ

Выполненный в диссертационной работе комплекс исследований г продлению живучести рельсовых плетей, поврежденных скрытыми попе речными трещинами в головке, для повышения эффективности бесстыкс еого пути позволяет заключить следующее:

'1. Разработана методика определения критической площади де фектов 21 в бесстыковых плетях с учетом действия продоль ных растягивающих сил.

2. Определена зависимость критической площади трещины от ве личины растягивающих сил, действующих в рельсовых плетя Р65.

3. Рззработан приоритетный способ испытания натурных образце рельсоЕ при одновременном действии вертикальной цикличес кой силы и продольные-: растягивающих сил.

4. Создана установка для производства этих испытаний и прове дены усталостные испытания образцов рельсов Р65, вырезал ных из длительно эксплуатируемых плетей с дефектом 21.

5. Разработана методика экспериментально-теоретического ис следования живучести рельсовых плетей со скрытой поперек ной трещиной в головке.

6. Найдены обратно пропорциональные зависимости количеств циклов до разрушения рельсоЕ Р55, имеющих скрытые поперек ные трещины, от величины продольной растягивающей силь продолжительности ее действия, а также ог величины в^рт!

кальных сил, действующих на рельс (см.табл.2).

7. Установлено и оценено влияние термического упрочнения рельсов Р65 различными металлургическими заводами на живучесть рельсов с дефектом 21. Установлено, что живучесть рельсов КМК (объемная закалка) Еыше, чем рельсов Азовсталь (поверхностная закалка) в 1,4-1,7 раз.

8. Оценено влияние размеров начальной площади трещины (РНач) на живучесть рельсоЕ Р65, которая обратно пропорциональна ей (см.табл.2).

9. Разработаны рекомендации по продлению живучести бесстыковых рельсовых плетей, млеющих поперечные трещины, за счет перезакрепления их при температурах, близких к нижней границе расчетного интервала,или за счет стыковых накладок, стянутых высокопрочными болтами (класса прочности 12.9) в зоне дефекта 21.

10. В результате технико-экономических расчетов установлена Еысокая эффективность установки стыкоеых накладс-к с высокопрочными болтами.

Основные результаты выполненных исследований отражены в сле-ующих публикациях:

1. С.И.Клинов, В.А.Рейхарт, Л.В.Глазкова, А.А.Сидраков. Методика определения критической площади поперечных трещин в головке рельсов бесстыкового пути./ Ззводская лаборатория. 1993, N 9 - С.48-50.

2. A.c. 1758493 (СССР) Способ испытаний натурных образцов рельсоЕ на усталость/ С.И.Клинов, А.А.Сидраков,- Опубл. в

TM/f »1 ~jf> оп по по О о „ „ „ ПУ1 IV ОС , OU . UO . . - OL I О шХл .

3. Сидраков A.A. Расчетно-экспериментальные исследования живучести рельсов Р65, пораженных скрытыми поперечными трещинами е головке (21 дефект)./ МИИТ,- Москва, 1997. - 16 с. - Деп. в ЦНИИТЗИ МПС, N 6096 -ж.-д. 97.

4. Кривоногое В.Г., Сидраков A.A. Расчет напряженно-деформированного состояния бесстыковых плетей с дефектом 21 при совместном воздействии вертикальных и продольных сил. / МИИТ.- Москва, 1997. - 15 е.- Деп. в ЦНИИТЭИ МПС, N 6097 -ж.-д. 97.

Подписано к печати {9.03.SF. Формат бумаги 60x90 1/16 Объем 1,5 п. л. ЗаказЗ^.Тиражс^ экз.

СИДРАКОВ Андрей Александрови

ПОВЫШЕНИЕ ЖИВУЧЕСТИ РЕЛЬСОВЫХ ПЛЕТЕЙ

БЕССТЫКОВОГО ПУТИ, ПОРАЖЕННЫХ СКРЫТЫМИ ПОПЕРЕЧНЫМИ ТРЕЩИНАМИ В ГОЛОВКЕ 05.22.06 - Железнодорожный путь

Типография МИИТ. 101475, ГСП-4, Москва, ул. Образцова, 15