автореферат диссертации по транспорту, 05.22.06, диссертация на тему:Резервы ресурсосбережения рельсового металла и безопасности движения поездов

МПС РФ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ ( М И И Т )

Г7Т~~0"Л

На правах рукописи

О П 5', '*» <<Ю"7

£ и П/и! --!Н/

НЕФЕДОВ Алексей Алексеевич инженер

УДК 625.143.482:658.527

РЕЗЕРВЫ РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЯ РЕЛЬСОВОГО МЕТАЛЛА И БЕЗОПАСНОСТИ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ

Специальность 05.22.06 "Железнодорожный путь"

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук в форме научного доклада

Москва, 1997 г.

- г -

Работа выполнена на Куйбышевской железной дороге

Научный руководитель:

доктор технических наук, член-корреспондент Международной Академии информатизации ПОРОШИН Владимир Леонидович

Научный консультант кандидат технических наук ЕРШОВ

Валентин Васильевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор КЛИНОВ

Семен Иосифович кандидат технических наук, доцент БОНДАРЕНКО

Алексей Алексеевич Ведущее предприятие - Департамент пути и сооружений МПС РФ

Защита состоится 1997 г. в /V часов

на заседании диссертационного совета Д114.05.03 при Московском государственном университете путей сообщения (МИИТ) по адресу: 101475, ГСП, г.Москва, А-55, ул. Образцова, д. 15, ауд.«?'

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Диссертация в форме научного доклада разослана 1ЯЯ7 г_

Отзыв на автореферат, заверенный печатью, просим направлять по адресу университета.

Ученый секретарь диссертационного совета Д114.05.03, профессор

Э. В. Воробьев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Пропускная способность железных дорог и безопасность движения во многом зависят от надежности работы основного элемента железнодорожного пути - рельса, наиболее металлоемкой конструкции верхнего строения пути. Вопросы ресурсосбережения рельсового металла особенно актуальны в настоящее время в связи с тем, что последние несколько десятилетий железные дороги недополучали ежегодно до 40% потребного количества рельсов и в главном пути эксплуатируется много рельсов со сверхнормативной наработкой тоннажа, В рыночных условиях договорная цена новых рельсов превышает 4 млн. руб/т (на 01.01.97г.). Поэтому крайне необходимо изыскивать все возможные технические решения для продления ресурса работоспособности рельсов, в том числе за счет снижения интенсивности их отказов в пути и восстановления служебных свойств при ремонтах и ступенчатой перекладки старогодных рельсов на менее деятельные направления.

Большой вклад в разработку ресурсосберегающих технологий и внедрение достижений научно-технического прогресса в путевом хозяйстве внесли работы отечественных ученых, среди них В.Г.Альбрехт, М.Ф.Вериго, В.Н.Данилов, Г.М.Шахунянц, В.И.Ан-гелейко, 0.П.Ершков, Н.И.Карпущенко, С.И.Клинов, А.Я.Коган,

B.И.Новакович, В.Ф.Яковлев, В.Я.Шульга, Е.А.Шур, A.B.Великанов. А.Д.Конюхов, Ю. М.Щекотков, В.Л.Порошин, В. А. Грищенко, Э.В.Воробьев, Л.П.Мелентьев, Л.Г.Крысанов, Н.Б.Зверев,

C.А.Колотушкин, O.e. Скворцов и др.

К таким мероприятиям относятся: насыщение главных линий

термически упроченными рельсами, в том числе изготовленными из стали, раскисленной комплексными прогрессивными лигатурами; внедрение прогрессивных технологий диагностики состояния, текущего содержания и ремонтов пути; совершенствование технологии капитального ремонта пути; рост полигона с бесстыковым путем; увеличение объемов ремонтно-сварочных работ (шлифовка рельсов, наплавка их изношенных концов и др.) в пути; оптимизация использования новых и старогодных рельсов; внедрение компьютерных технологий в систему управления путевым хозяйством; повышение надежности работы дефектоскопных средств. Все это позволило не допустить увеличения удельного выхода рельсов из строя и роста полигона сети с рельсами, имеющими сверхнормативную наработку тоннажа.

В соответствии с приказом Министра Путей Сообщения РФ "С переходе на новую систему ведения путевого хозяйства на основе повышения технического уровня и внедрения ресурсосберегающих технологий" N 12 Ц от 16.08.94г., железные дороги в течение 10 лет будут оснащены необходимой путевой техникой, средствами диагностики и техникой для реновации материалоЕ верхнего строения пути. При его реализации необходимо, в то& числе, повысить эффективность работы средств контроля за состоянием пути и внедрения компьютерных технологий в систем} диагностики и управления путевым хозяйством, разработать у внедрить на дорогах комплексную систему реновации и продленш сроков службы материалов верхнего строения пути, обратив особое внимание на оборудование стационарных линий рельсосвароч-ных предприятий для восстановительного ремонта старогодню рельсов.

На основе анализа состояния рельсового хозяйства на Куйбышевской ж.д., изучения особенностей отказов рельсов по дефектам в данной работе разработан ряд мер по повышению работоспособности и улучшению условий эксплуатации рельсов, продлению их срока службы, повышению безопасности движения поездов.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ Повышение эффективности работы железнодорожного пути за счет широкого применения комплекса компьютерных контрольно-диагностических средств, ресурсосберегающих технологий и мероприятий по продлению срока службы рельсов, повышения безопасности движения поездов.

В работе поставлены и решены следующие задачи:

- анализ состояния рельсового хозяйства и изломов рельсов на Куйбышевской железной дороге с разработкой и внедрением предложений по их предотвращению;

- повышение надежности и экономичности эксплуатации бесстыкового пути за счет своевременного ввода в заданный температурный интервал непосредственно при их укладке в путь;

- продление срока службы рельсов за счет комплекса мер по диагностике их технического состояния и по повторному использованию;

- предотвращение изломов рельсов по коррозионно-уста-лостным трещинам в подошве;

- повышение надежности работы дефектаскопных средств при обнаружении опасных трещин в рельсах.

ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ. Железнодорожные рельсы, статистический анализ их отказов в пути, аналитический анализ ресурсосберегающих технологий эксплуатации и ремонта железнодорож-

ного пути при многократной ступенчатой перекладке рельсов, разработка новых технологий укладки плетей бесстыкового пути и при их повторной перекладке, меры по безопасности движения поездов.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ. Разработка и комплексное применение новых ресурсосберегающих технологий при эксплуатации у ремонте рельсов, мероприятий по обеспечению безопасности движения поездов, в частности, разработка и внедрение принципиально новых технологий укладки новых рельсовых плетей бесстыкового пути, погрузки и выгрузки старогодных рельсовых плетей на подвижной состав, совершенствование методов технической диагностики и дефектоскопии рельсов. Новизна технических решений автора подтверждена положительными решениями ВНИИГПЭ РФ по заявкам на выдачу патентов на изобретения: N95116508/11 от 26.04.94г. 'Способ погрузки длинномерных изделий на ж. д. состав", N 94015384/11 от 26.04.94г."Способ измерения кривизны рельса под нагруженным колесом".

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ состоит в разработке мероприятий по повышению эффективности работы железнодорожного пути за счет применения комплекса ресурсосберегающих технологий при эксплуатации и ремонте рельсов и обеспечения безопасности движения поездов.

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. Результаты исследований автора внедрены на Куйбышевской железной дороге, а также в нормативных документах МПС; применение приоритетных разработок автора имеет общесетевое значение в системе МПС РФ; компьютеризация технологии диагностики пути вагонами-путеиз-мештелями реализуется по программе безопасности движения МПС

РФ (на 1993-2000 гг.)

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертации обсуждались и были одобрены на заседаниях кафедры "Путь и путевое хозяйство" Московского Государственного Университета путей сообщения (МИИТ)- г.Москва, 1996 г.. Куйбышевского института инженеров ж.д.транспорта (КИИТ)- г.Самара,1994-96 гг.¡межрегиональном совещании работников предприятий путевого хозяйства МПС РФ -ст.Похвистнево и Ульяновск,1995 г.; Научно-технических совещаниях Главного управления пути МПС РФ -г.Москва, 1995г.; Научно-технических совещаниях НПЦ Инфотранс -г.Самара, 1993-96 гг.; дорожных школах руководителей подразделений путевого хозяйства Куйбышевской ж.д.- г.Самара, 1993-96гг.; 14 - й Российской научно-технической конференции "Неразрушающий контроль и диагностика".Российская Академия наук,Москва,1996 г.

ПУБЛИКАЦИИ. По материалам диссертации опубликовано лично и в соавторстве 16 печатных работ, выполнен 1 научно-технический отчет, подано две заявки на выдачу патента на изобретение, по которым получены положительные решения ВНИИГПЭ РФ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ РЕЛЬСОВОГО ХОЗЯЙСТВА И ОТКАЗОВ РЕЛЬСОВ НА КУЙБЫШЕВСКОЙ Ж.Д.

На долю путевого хозяйства приходится более 40% основных фондов дороги и более 17% эксплуатационных расходов.

По протяженности ж.д. путей Куйбышевская дорога занимает

2-781

одно из ведущих мест в МПС РФ: их общая развернутая длина превышает 11 тыс. км пути, из которых протяженность пути с рельсами типа Р75 и Р65 составляют соответственно 11,3 и 76.2%, с рельсами типа Р50 и легче - около 12%. В главном пути (развернутая длина более 7,0 тыс. км) их соответственно 10,2; 86,3 и 3,5%, в приемо-отправочных путях - соответственно около 18, 64,3 и 17,7%, в станционных и прочих путях - соответственно около 8,8; 48,7 и 42,5%. Однако из-за недопоставки новых рельсов на дороге около 17% протяженности главных линий имеют сверхнормативную наработку тоннажа и требуют капитального ремонта пути.

По весу металла на всех ж.д. путях из 1,38 млн.т рельсы Р75 и Р65 составляют около 13 и 78% , рельсы Р50 - около 9%. Это свидетельствует о широких возможностях по многооборотному использованию старогодных рельсов. В главном пути свыше 600 млн.т пропущенного тоннажа имеют 26% протяженности пути с рельсами Р75, 10% рельсов Р65 и, 10% рельсов Р50, т.е. их доля значительна и требуется увеличение объемов сплошной смены рельсов (в том числе в кривых) или капитального ремонта пути.

Одиночный выход рельсов в последние годы уменьшился и составил в 1996 г. около 0,4 шт./км в главном пути и 0,55 шт./км в приемо-отправочных путях. Анализ показал, что доля протяженности главного пути с рельсами Р75 при грузонапряженности свыше 80 млн.т брутто на км в год составляет 88%, с рельсами Р65 - около 33%, а Р50 - 5,5% - при грузонапряженности свыше 50 млн.т брутто на км в год (табл. 1.1 - 1.2).

В структурном распределении дефектных и остродефектных

рельсов можно выделить основные группы дефектов заводского происхождения, контактно-усталостные, дефекты на концах рельсов, в зоне сварных стыков, нарушение прямолинейности рабочей поверхности головки, бокового износа головки, термомеханических повреждений головки.

Дефекты заводского происхождения (10,17,20, ЗОВ,50,60,70) составляют около 10% от общего числа изъятых рельсов, что несколько ниже среднесетевых данных (около 12%), дефекты контактно-усталостного характера (11.21,ЗОГ) составили 38%. Отказы по этим дефектам увеличиваются при росте наработки тоннажа и могут достигать 80-90% на участках с высокими осевыми нагрузками и при сверхнормативном пропущенном тоннаже.

Дефекты на концах рельсов в стыковой зоне составили чуть более 20% и это ниже среднесетевых данных, что объясняется лучшим текущим содержанием пути. По боковому износу головки с пути снимается около 20% всех дефектных рельсов, что может характеризовать необходимость плановых промежуточных смен рельсов в кривых.

Хотя изъятие рельсов по дефектам 40 и 49 невелико (менее 1%).однако это характеризует наличие больших дополнительных динамических сил в контакте колеса и рельса при работе пути с волнообразным износом рельсов и вызывает необходимость увеличения объемов качественной шлифовки рельсов.

Выход рельсов из строя по термомеханическим повреждениям головки (дефекты 14 и 24) составил 5,2%, а коррозии подошвы (дефект 69) - 0,4%.

Приведенные статистические показатели по Куйбышевской ж.д. свидетельствуют о необходимости разработки мер по сниже-

Таблица 1.1

Распределение рельсов по категориям путей и по типам (в км пути)

I I I I

I ||В том числе по типам рельсов в км |

I Категория | | в % I

I путей | Всего |-1-1-1-1

I | | Р75 | Р65 | Р50 | Р43 I

Всех категорий! 11220 | 1270 | 8550 | 1006 | 394 I (100%) | (11,3) | (75,2) I (9.0) I (3,5)

в том числе: I I I I I

главные пути I 7390 | 755 | 6380 | 230 | 25 | (65,9)1 (10,2)1 (86,3) | (3,1) | (0,4)

приемо-отпра-I 1962 | 351 | 1261 I 318 | 32 вочные пути I (17,5)1 (18,0)1 (64,3) | (16,2) | (1,5)

станционные и| 1868 I 164 | 909 | 458 | 337 спецпути | (16,6)1 (8,8) | (48,7) | (24,5) | (18,0)

Всего, тыс.т | 1380 | 184 | 1070 | 95 | 31 I (100) | (13,3)1 (77,6) | (6,9) | (2,2)

- и -

нию интенсивности повреждаемости рельсов дефектами, повышению надежности работы дефектоскопных средств.

Таблица 1.2

Дефектные рельсы в пути (шт/км пути)

1-1

Распределение по типам рельсов

-1-1-1-

3 среднем | Р75 | Р65 | Р50

Категория путей

Главные пути

2,4

1,45

2,5

2,15

Приемо-отправочные пути

1,9

0,37

1,7

4,1

J_I_I_I

2. ОБЕСПЕЧЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ И ПРОДЛЕНИЯ СРОКА СЛУЖБЫ ПЛЕТЕЙ БЕССТЫКОВОГО ПУТИ

2.1. Постановка вопроса

Важнейшим критерием безопасности бесстыкового пути является обеспечение его устойчивости в летних условиях, в том числе с учетом допускаемых неисправностей при текущем содержании пути. Обеспечение устойчивости и последующая экономичность работы бесстыкового пути во многом зависит от температуры закрепления рельсовых плетей. Климатические условия Куй-

3-781

бышевской ж.д., наличие на ней решающих направлений вагонопо-токов с приоритетными сроками ремонтов пути, задаваемыми МПС, крайне нерегулярное поступление рельсов под сварку в рельсовые плети, загрузка ПМС и РСП на участках звеньевого пути в сроки, оптимальные для укладки рельсовых плетей, отодвигают сроки их укладки на осенний период. Рельсовые плети, уложенные в такой период, вынужденно укладываются за нижней границей расчетного температурного интервала, требуют укладки удлиненных уравнительных рельсов и последующей разрядки температурных напряжений в рельсовых плетях в весенний период с обратной сменой удлиненных уравнительных рельсов на рельсь нормальной длины.

Объемы работ по разрядке температурных напряжений составляли в недавнем прошлом до 60% общей протяженности уложенных рельсовых плетей , а из-за укладки удлиненных рельсов дополнительный расход рельсов в уравнительных пролетах ( при средней длине рельсовых плетей на дороге около 500 м ) составлял 4 рельса на 1 км бесстыкового пути.

Большие объемы работ по весенней разрядке напряжений в рельсовых плетях в короткие периоды быстрого повышения температуры создают угрозу выбросов и безопасности движения поездов. На дороге с участием автора в 1991г. разработан и внедрен технологический процесс укладки рельсовых плетей с одновременным вводом их в требуемый температурный интервал, а также устройство для его реализации. К 1994г. такими устройствами оснащены ПМС, выполняющие 90% работ по укладке бесстыкового пути.

2.2. Учет состояния пути при установлении температуры закрепления рельсовых плетей

Реальное состояние пути характеризуется наличием начальных неровностей, эксцентричным приложением продольных сил, значительными изменениями по длине пути и во времени сил сопротивления перемещениям, уменьшение этих сопротивлений при одновременном увеличении продольных сил в рельсовых плетях в связи с проходом поездов и в процессе эксплуатации.

Очевидно, что для гарантированного обеспечения надежности бесстыкового пути границы температурного режима его работы должны быть определены с учетом возникновения вышеперечисленных неисправностей и их сочетаний.

Существующие по ТУ-91 нормы предельных по условиям устойчивости превышений температуры рельсовых плетей над нейтральной [ДЦ] определялись в условиях стенда, т.е. для условий статической устойчивости незагруженного пути. Эти нормы относятся к исправному пути, состояние которого находится в пределах установленных МПС норм.

Экспериментами ВНШЖТа (Р65, ж. б., гранитный щебень) установлено влияние проходящих поездов на кривизну и устойчивость бесстыкового пути, в частности:

- более интенсивный рост стрелы изгиба (59 - 74%) в верхней половине температурного интервала по сравнению с ростом стрелы изгиба (25 - 34%) в нижней половине температурного интервала;

- начало уменьшения стрелы изгиба начинается после охлаждения плетей не менее чем на 12 - 21°С;

- охлаждение рельсовой плети до температуры, при которой начался рост стрелы изгиба, не вызывает полного обратного смещения рельсошпальной решетки;

- в сечениях, где искусственно были созданы отступления от норм содержания пути величины остаточных сдвигов рельсошпальной решетки приведены в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Влияние отступлений от норм содержания пути на остаточный сдвиг рельсошпальной решетки

1 1 I Характеристика | 1 участков пути 1 Количество сечений i i I Средний остаточный 1 |сдвиг(мм)за один цикл| . 1 % |

1 без недопустимых не-| I исправностей | 17 1 0,054 I 100 |

I с удаленным баллас- | I том у торцов шпал | 3 I 0,142 I 263 |

I с дополнительной не-| 1 ровностью в плане 1 1 4,5°/00 1 4 1 0,095 I 176 |

I с дополнительной не-| I ровностью в плане | 1 2,6°/00 | 1 1 2 1 0,158 I ! 1 292 I i

Такое поведение рельсошпальной решетки практически означает, что для условий Куйбышевской дороги в период май - август рельсовые плети, закрепленные ниже верхней трети температурного интервала, работают в таком режиме, когда под действием суточных колебаний температуры рельсов полного обратного уменьшения стрел изгиба не происходит. Следовательно, в местах отступлений от норм содержания в кривых участках пути (радиусом И со стрелой изгиба О продолжительное время есть участок пути с меньшим радиусом (Ет1п < Ю и большей стрелой изгиба (Г + ДО.

Значения 15га1п. образующиеся в местах отступлений от норм содержания пути в плане приведены в табл. 2.2.

Минимальный радиус кривизны 1?т1п может определяется по формуле:

Ктш = Ь2/8(Г + ДО (2.1)

Соответствующие значения Aty ( с точностью до 1°С), можно определить по формуле вида:

Aty = А - B/R, (2.2)

где А, В - коэффициенты уравнения аппроксимации, получаемые методом наименьших квадратов.

Так, для условий: рельсы типа Р65, шпалы железобетонные, эпюра шпал - 2000 (шт/км), балласт щебеночный, получено:

Aty = 58 - 93300/R, (2.3)

Так как зависимость Aty от кривизны пути (1/R) хорошо аппроксимируется прямой, то температурный эквивалент неисправности пути в плане (АДtynл) может быть получен по формуле: AAty" = Atj(R) - Aty(Rroln) (2.4)

4-7»)

Таблица 2.2

Местные радиусы кривизны бесстыкового пути, м

г

Степень отступления в плане

Минимальные значения радиусов, образующиеся при отступлениях от норм содержания пути в плане

0 | 2000 1200 1000 800 600 500 400 350 300 |

I I 1429 968 833 690 536 455 370 327 283 |

II I 1159 836 734 620 493 425 350 со 271 |

III 1 1000 750 667 571 462 402 335 299 262 |

IV I 833 652 588 513 423 369 311 280 247 |

Расчетные значения ДМУПЛ, (Р65, ж.б.,2000,щ) подсчитанные по формуле 2.4, приведены в табл. 2.3.

При наличии угона длительно эксплуатируемого бесстыкового пути, зафиксированного в виде укорочений (Д1.мм) отрезков рельсовых плетей (длиной 1, м) по маячным шпалам, температурный эквивалент изменения напряженного состояния этих участков составит (по закону Гука):

ДДЦуг=- Д1- 10"3/а-1 = -85-Д1/1 (2.5)

здесь - коэффициент температурного расширения стали а=11,8-10"6(1/°С).

При неблагоприятных условиях указанные температурные эквиваленты могут суммироваться (ДД£упл+ДДЦуг), существенно снижая величину допускаемого повышения температуры по условию устойчивости'бесстыкового пути |Д^| и, тем самым, поднимая

Таблица 2.3

Расчетные температурные эквиваленты неисправностей бесстыкового пути в кривых, °С

1 I Степень Значения ДДt ПЛ СО У С) при радиусах Й(м) 1

Iотступле

1 1 1 1 1 1 1 1

|ния в прям 2000| 12001 10001 800| 6001 5001 400| 350| 300|

1 плане 1 1 1 1 1 1 1

1 I 2 1 2 I 1 2 I 2 I 3 1 1 1 2 I 1 2 I 1 2 I 2 I

1 II 4 3 1 3 1 4 I 4 I з 1 з 1 4 I 3 I 3 1

1 III 4 4 1 4 I 5 1 5 1 4 I 4 I 5 I 4 I 5 I

1 IV | 6 6 1 | 6 I 1 7 I 1 7 1 | 6 1 1 6 1 1 7 1 1 6 1 1 7 i 1

Таблица 2.4

Расчетные величины AДtyyг при различных деформациях угона

1 Деформации | укорочения | ~Д1,мм 1 1 1 5 I 1 10 t 1 15 | 1 20 I 25 !

1 Температурный| эквивалент | -ДДЦуг | 1 ¿ь- U1 9,0 | 1 13,5 | 1 18,0 | | 22,5 |

нижнюю границу расчетного температурного интервала закрепления неблагополучных участков рельсовых плетей:

min t3=tnax max-|Aty|-(Mty™+-Mt/r)' (2.6)

гДе tmax max ~ расчетная максимальная температура рельсов.

В необходимых случаях во избежания выброса пути должна производиться разрядка температурных напряжений в рельсовых плетях.

2.3. Ввод рельсовых плетей в заданный температурный интервал закрепления одновременно с их укладкой

Закрепление рельсовых плетей в оптимальном для их эксплуатации температурном интервале при укладке в путь весьма актуально, так как из-за климатических условий дороги лишь 40-50% укладываемых плетей приходится на такой интервал. Остальные 40-50% плетей, как правило, осенней и зимней укладки, вызывают чрезвычайные затруднения у путейцев. Именно в этот сложный период выхода пути из зимы необходимо в короткий срок улавливать температуры для массовой разрядки температурных напряжений. Как показывает практика, срочность выполнения этих работ вынуждает в отдельных случаях подменять качественную разрядку температурных напряжений "псевдоразрядкой", при которой уравнительные рельсы вымениваются на более короткие, а образовавшиеся зазоры ликвидируются ударами в накладки без ослабления плети и вывески на ролики по всей длине. В таких случаях невозможно определять нейтральную температуру рельсовых плетей и обеспечивать безопасное выполнение путевых работ в течение всего последующего периода их эксплуатации.

Разработанные в МИИТе (С.И.Клинов) и рекомендуемая действующими ТУ-91 технология разрядки температурных напряжений в рельсовых плетях и технические средства его реализации обеспечивают необходимое равномерное распределение напряжений по длине плети без перерыва движения поездов, но не решают вопрос сокращения объемов работ по весенней разрядке напряжений. Радикальным решением является постановка рельсовых плетей в требуемый температурный интервал одновременно с их укладкой. Действующие ТУ-91 (п. 3.4.2) разрешают при принудительном их удлинении определять температуру закрепления рельсовых плетей по достигнутому изменению их длины.

В связи с этим с участием автора было разработано устройство для искусственного удлинения рельсовых плетей бесстыкового пути (УРГ - 001) и технология его применения. Сначала эта технология в основном использовалась при разрядке температурных напряжений ранней весной. В этих случаях уже к концу марта, т.е. задолго до весеннего повышения температуры, все рельсовые плети осенней и зимней укладки своевременно вводились в температурный режим эксплуатации.

Нейтральная температура (Ь0, °С) после разрядки напряжений за счет принудительного удлинения рельсовых плетей (1,м) определяется по формуле:

где гукл - температура рельсов при укладке и закреплении плетей, °С;

Д1Ф - фактическое удлинение плетей или их отрезков при помощи механизма УРГ~001,мм.

5-761

Результаты опытных разрядок с целью ввода рельсовых плетей в расчетный интервал температур закрепления (от min t3=6°C до max t3=30°C по ТУ-91) за счет их механического удлинения приведены для иллюстрации в табл. 2.5.

Таблица 2.5

Параметры опытных плетей типа Р65 при разрядке напряжений (перегон Торбаево-Потьма, I путь; 24-28/Х1-94Г.) ,-1-

ММ0

плетей

Длина плетей, м

т-г

План пути

т

лев. I прав.

|Факт. 1 Ali 1 удлинение , мм Температура рельсо- | вых плетей, °С 1

1 1 I лев. 1 1 1 1 1 прав. 1 1 факт 1 Нейтральная |

лев. 1 1 1 прав.| 1 |

1 1 150 1 1 1 150 1 -6 +21 1 1 1 +21 I 1 |

1 I 160 1 1 1 158 1 -7 +22 1 ! 1 +21 I 1 I

J I 140 1 1 1 140 1 0 +25 1 1 1 +25 | I 1

1 I 135 1 1 135 -2 +23 1 1 1 +23 |

24

475,101 475,10

25

475,141 475,08

27

474,591 474,61

П

Р я м ы е

28 I_L

452,541 452,60

J_L

J_L_

Качество разрядки напряжений оценивалось по распределению деформаций удлинения по длине опытных плетей. Установлено, что фактические удлинения отрезков длиной по 25 м., измеренные по створам, практически не отличались от свободных рас-

четных. Даже без учета неизбежных последующих реологических явлений колебания нейтральной температуры по длине рельсовых плетей температурный эквивалент неточностей при их удлинении не превышал 2+3 °С сразу после разрядки напряжений с помощью УРГ-001.

По мере освоения технологии, совершенствования конструкции механизма УРГ-001 и его технических показателей (см. табл. 2.6), этот механизм внедрен автором на всей Куйбышевской дороге при укладке при низких температурах рельсовых плетей одновременно с их вводом в расчетный температурный режим.

В 1996г. на базе апробированных технологических процессов, разработанных под руководством и при участи автора применяемых на Куйбышевской ж.д., ЦП МПС был издан типовой технологический процесс для сети железных дорог Российской Федерации. Ниже приведены основные отличительные особенности технологического процесса.

1. Принудительное удлинение плетей и удержание его до сболчивания соединительного стыка достигаются путем приложения механизмом УРГМ продольных сил с одной стороны к рельсовым плетям (через стыковые накладки), и с другой стороны, к технологическим упорным накладкам (рис.2.1.), прикрепленным к примыкающим технологическим (многократно используемым) рельсам (рис.2.2.) вне зоны стыковых накладок.

1.1. Приложение продольных сил вне зоны соединительного стыка позволяет:

- при достижении расчетного удлинения конца плети и отдельных ее сечений монтировать соединительные стыки с уравнительными рельсами до сплошного прикрепления плети к подклад-

кам по всей длине;

- после монтажа соединительных стыков производится демонтаж УРГМ и все последующие операции выполняются параллельно с прикреплением плетей к основанию по всей длине.

Таблица 2.6

Характеристика УРГ-001

1 i NN 1 Наименование технических показателей механизма Измеритель i Значение 1

1 1. Усилие, прикладываемое к каждой рельсовой плети типа Р65 КН до 1200 |

1 2. Максимальное удлинение рельсовой плети мм 450 |

1 з. Максимально возможное изменение темпе-

ратуры закрепления рельсовых плетей °С 40 |

1 4. Привод - пневмо-гидравлический, в т.ч. через концевой кран тормозной магистрали локомотива или УК-25 - |

1 5. Давление воздуха в пневмосистеме, номи-

нальное Па/атм 6-105/6.0|

1 6. Перемещение по фронту работ - несамоходная колесная база _ 1

1 7. Перемещение к месту работ - на железнодорожной платформе _ — 1

1 8. i Масса механизма | т 3.5 | i

- 23 -

Выполнение самой трудоемкой и продолжительной операции по прикреплению рельсовой плети к шпалам по всей длине, определяющей продолжительность "окна",одновременно с другими операциями позволяет сократить удельные затраты "окна".

Схема технологических упорных накладок

—гг----п' ■ "•■у,)...

I I

5 я?! /йя I /00

ЗолпЗ.

гаа

/00

зоо

ф-

Рис. 2. 1.

Разметка технологических рельсов

) -

ф—ф

96

20$

3/6

446

7SO

850

й"

40

Рис.2. 2.

2. При приложении продольных сил к рельсовым плетям,должно быть обеспечено (см. рис. 2.3): - продольная неподвижность начального участка рельсовой плети протяженностью А1='25г30м, а также уравнительного рельса А2, примыкающего к концу пле-

1/2 6-781

ТИ

3. Контроль удлинения отдельных сечений плети осуществляется по меткам при следующем режиме приложения продольной силы. Подачей рабочей жидкости в цилиндры добиваются расчётного удлинения сечения плети,ближнего к её началу.При этом удлинение конца плети больше расчётного и используется запас зазора. Достигнутое расчётное продольное перемещение первого от начала плети сечения фиксируется расположением над этим сечением подвижной нагрузки. После постановки первого сечения по меткам ослаблением приложенной силы достигается расчетное удлинение следующего отрезка плети и перемещения сечения, после чего осуществляется его пригруз подвижной нагрузкой и т. д.

4. Продольная неподвижность анкерных участков А4 и Аг достигается прикреплением их к основанию, дополнительным размещением на них подвижной нагрузки (Г! и Г2) и накладочным соединением Кн с соседним участком, обладающим заведомо большей протяженностью'(см. рис. 2.3). После расчетного удлинения

Схема действия сил при удлинении плети

Рис. 2.3.

рельсовых плетей, монтажа соединительного стыка, непосредственно перед демонтажом УРГ-001. концы плетей (на участке А3) прикрепляются к шпалам и, если требуется, размещается груз Г3 (см. рис. 2.4).

Схема действия сил после удлинения плети и монтажа соединительного стыка

А

К- ц

| о о о о о р|

4г

±3

=3.

А5«

-[¿> О О ООО]

Л

-А*

У / /I

Рис.2. 4.

Результаты расчетов для ожидаемых значений температур Ь сводятся в таблицу, которой руководствуются руководители работ. В табл. 2.7 приведен пример заполнения для конкретных условий работ.

5. Для того, чтобы обеспечить надвижку более одной пары плетей без разрядки "салазок" с одновременным оставлением зазоров для последующего удлинения плетей, между ними вставляются вкладыши с подошвой (рис. 2.5), при этом стыки соединяются технологическими накладками с дополнительными отверстиями.

Дополнительные отверстия в технологических накладках позволяют смонтировать стык с постановкой не менее 4 болтов, в том числе не менее одного болта приходится на вкладыш. Такой

7-781

стык позволяет устойчиво пропускать "салазки", нагруженные плетями. После снятия вкладышей, когда плети уже находятся на подкладках, обеспечиваются зазоры 114, 134, 154, 224, 244,

Таблица 2.7

Параметры при удлинении рельсовой плети Р65 на резиновых прокладках (без катучих опор) при помощи УРГ-001

I-1-1-1-1

N |Интер-п/п|вал

— Iзак-Ь,м|реп-

|ления,

— |СС й.м)-1—

|т1п

и.

юах

и

I Ожидае- Расчетные значения

мое из-

1

1менение УД- про- Пригруза БРУТТО, кН Длины 1

1нейт- ли- доль- 1 участка|

1ральной не- ной В на- |В урав- В конце прикре-|

(темпе- ния рас- чале нитель- плети пе пления |

ратуры пле- тяги- пле- ном про- ред сня- в конце!

1 д^. ти ваю- ти. Г! |лете, при тием про плети 1

1 °С А1ф. щей I мыкающем дольных А3. 1

см силы. |к концу сил, Г3 м |

КН 1 плети, Г2

1 10 9.4 336 - 1 I 891 1 - 1

1 20 18.9 543 - 1 I 1716 I - 1

1 30 28.3 749 422 1 1 2542 1 - 26 |

1 40 37.8 956 1247 1 I 3367 532 54 I

N 6|

8001

30

пря | мая|

I_|_|_1_

Типоразмеры вкладышей и эскизы соединительных стыков без вкладышей при надвижке рельсовых плетей при помощи "салазок"

81

а) но

1

т

ТЕ

240

т

3£о

гво

р

б)

0_

I II {

ф- ФЧ ф- -ф; -ф-ф ф

154

¿ли

I ( II 7

I Г Ф- # -Ф- -ф ; $ ф -Ф' Ф" 4

! НО

I I

ф фф ф ф- -4 У -ф- Ф -4>- ф

244

I I

ф ф. .йй». .гЬ*. <¿1

1

"1

-ф- ф ф-ф

. Г

/Л?

РИС.2. 5.

264 и 354 мм (рис. 2.5.). Установлено, что этих типоразмеров вкладышей, как правило, достаточно, чтобы обеспечить( ввод рельсовых плетей в требуемый температурный интервал. Для выбора необходимого размера вкладыша используется табл. 2.8.

Таблица 2.8

Расчетные величины изменения нейтральной температуры рельсовых плетей °С при их удлинении

1 .....г 1 Длина | Длина плети, м 1

|сКЛаДЫ г |ша, мм 1 1 1 300 400 1 1 I 500 | 1 I 1 600 | 1 1 700 | 800|

1 1 1 110 | 1 1 31 23 1 1 1 19 | 1 | 1 16 1 1 13 | 12 |

1 1 1 130 | 1 1 38 28 1 1 1 22 | 1 | 1 18 | 1 16 I ' 14 I

1 1 1 150 | 1 I - 32 1 1 1 25 I 1 21 | 1 18 | 16 I

1 1 1 220 | 1 | - - 1 37 | 1 I 1 31 1 1 27 | 23 I

1 1 1 240 | 1 I - - 1 ! 1 41 | 1 | 1 34 | 1 29 | 25 |

1 1 I 260 | 1 | - - 1 1 1 | 1 38 | 1 31 1 28 I

1 1 1 350 | | | - > 1 -L 1 1 1 42 | 1 37 | 1

Фактические экономические показатели применения механизма УРГ-001 и разработанной технологии сведены в табл. 2.9.

Приведенные данные позволяют заключить, что рассмотренная технология является ресурсосберегающей, а факт использования ее при разработке типового технологического процесса, утвержденного ЦП МПС свидетельствует о сетевом значении разработок.

Таблица 2.9 Экономические показатели применения УРГ-001 для удлинения рельсовых плетей на Куйбышевской ж.д.

1 |Ш 1 Наименование показателей 1 1 1 I Измеритель 1ЗначеН 1 1 ние 1 1 1 1

1 1. Удельные (на 1 км) трудозатраты 1 1 1 |чел.час/км| 35 1

1 2. То же "окон" I мин/км | 138 1

1 з. Сокращение затрат по сравнению с типовыми процессами: 1 1 1 1 1 -1

- трудозатрат 1 % 1 45 |

- "окон" 1 % 1 47 I

1 4. Сокращение затрат рельсов на уравнительные пролеты (при средней длине пле- 1 I I 1 1 1

I тей 500 м) I п. м./км | 50 1 1 1 1

2.4. Совершенствование системы восстановления служебных свойств рельсов и использования старогодных рельсов

Одним из эффективных средств восстановления служебных свойств рельсов и, тем самым, продления срока службы их в 1,5-2 раза является периодическая шлифовка головки рельсов в пути или острожка при ремонте старогодных рельсов на рельсос-варочных предприятиях. На сети дорог МПС РФ уже начато.внедрение самого современного оборудования для профильной механической обработки рабочей поверхности головки рельсов: мощные строгальные станки типа НС-42 ( Юго-Восточная, Горьковская;' Кемеровская ж.д.) и рельсошлифовальный поезд с вращающимися абразивными кругами (Октябрьская и Горьковская ж.д.). Их широкое внедрение, включая применение отечественных рельсошли-фовальных поездов, - важнейший резерв продления срока службы рельсов на всех железных дорогах.

Этому способствует новая технология диагностики повреждений- рельсов волнообразным износом с помощью компьютеризованных вагонов-путеизмерителей с БАС (бортовая автоматизированная система, в разработке и доводке которой автор принимал непосредственное участие).

Комплексными исследованиями ВНИИЖТ МПС (работы д.т.н.По-рошина В.Л. и др.) доказана высокая эффективность многократной ступенчатой перекладки старогодных рельсов, снятых после 1-го срока службы на грузонапряженных направлениях на менее деятельные главные пути (второй срок службы), на второстепенные (третий срок службы) и прочие пути (четвертый срок службы).

В развитие указанной системы автором предложена и внедрена технология использования снимаемых при капитальном ремонте старогодных рельсов не только для усиления рельсового хозяйства на каждой дороге, но и для междорожного обеспечения старогодными рельсами Р65 дорог РФ и стран СНГ на договорных взаимовыгодных условиях как для дороги-поставщика, так и для других дорог-потребителей старогодных рельсов (их комплексный ремонт возможен на любой дороге), за счет этого мероприятия можно увеличить объемы поставки новых рельсов для расширения объемов капитального ремонта пути, сплошной смены рельсов в кривых между капитальными ремонтами пути.

Широкое использование старогодных рельсовых плетей бесстыкового пути предполагает обеспечение каждой ПМС средствами их перевозки. Ввиду недостаточности применения одного типового рельсовозного состава актуально использование для этих целей существующих платформ, предназначенных для перевозки пакетов и оборудованных УСО-4. С участием автора на Куйбышевской ж.д. разработаны технологический процесс и технологические средства погрузки и выгрузки плетей на платформы, оборудованные УСО-4, дало возможность исключить потери рельсового металла при разрезке рельсовых плетей, их торцевании и последующей сварки, а также исключить необходимость в изготовлении дополнительных рельсовозных составов и связанных с этим больших затрат. Этот технологический процесс демонстрировался на дорожной школе в 1995г. в ПМС-149 станции Ульяновск.

3. КОМПЬЮТЕРНАЯ СИСТЕМА НА ПУТЕИЗМЕРИТЕЛЯХ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ РЕЛЬСОВОЙ КОЛЕИ

Высокое качество диагностики пути является непременным условием безопасности движения поездов на железных дорогах. Автоматизация диагностики повышает объективность и полноту данных о состоянии рельсовой колеи, дает возможность для принятия более обоснованных и эффективных решений об использовании ресурсов.

Путеизмерительный вагон является, как известно, одним из основных средств диагностики пути. Оснащение бортовой автоматизированной системой существенно расширяет его технологические возможности. Кроме собственно автоматизации обработки измерительной информации, обеспечивается возможность применения бесконтактных датчиков, расширяется число контролируемых точек. Помимо традиционных геометрических параметров рельсовой колеи, становится возможным контролировать непосредственно динамические показатели взаимодействия пути и подвижного состава, неровности поверхности катания головки рельсов, стыковые зазоры и др. Автоматизация вагона-путеизмерителя является одним из основных исходных условий внедрения информационной технологии в путевое хозяйство железных дорог. Основа разработки - бортовая автоматизированная система (БАС), адаптируемая к различным типам вагонов с различающимися первичными датчиками и наборами контролируемых параметров технического состояния объекта. Вагоны-лаборатории, оснащенные БАС, называются компьютеризированными вагонами-лабораториями.

Разработка выполнена в Научно-производственном центре

информационных и транспортных систем (НПЦ ИНФОТРАНС, г.Самара) в партнерстве с Куйбышевской и Приволжской дорогами при участии специалистов МПС, ВНИЮКТа и Научно-исследовательского института атомных реакторов (НИИАР, г.Димитровград).

Суть работы системы заключается в измерении контролируемых параметров объекта с помощью датчиков, передачи, измерительной информации через устройство сопряжения (УСО) по каналам связи в ЭВМ и ее обработке в реальном масштабе времени. Универсальность БАС поддерживается оригинальным проблемно-ориентированным программным обеспечением (СПО), которое ведет динамическую базу данных, обеспечивает автоматическое тестирование и контроль метрологических характеристик трактов передачи от датчиков к ЭВМ, экономное. кодирование сигналов (сжатие информации), повышение точности за счет специальной их обработки. Программа позволяет отображать базу данных и результаты обработки информации на экране и печатающих устройствах; поддерживает диалог с пользователем; осуществляет привязку результатов измерений к местности.

В прикладное программное обеспечение заложены математические методы и алгоритмы, разработанные специалистами НПЦ Инфотранс и учеными с учетом опыта железнодорожных специалистов-практиков. Вычислительный комплекс БАС построен на базе стандартных компьютеров типа IBM PC/AT. Комплекс содержит как правило, два взаимозаменяемых компьютера с перераспределением функций при отказе одного из них.

Бортовая автоматизированная система была установлена в действующем вагоне-путеизмерителе ЦНИИ-2. Система состоит из вычислительного комплекса на базе ПЭВМ типа IBM PC/AT 386,

датчиков аппаратуры и устройств сопряжения аппаратуры с ПЭВМ. Сельсиновые датчики, конструктивно связанные с измерительными механизмами вагона, вырабатывают электрический сигнал, пропорциональный величине перемещения измерительного механизма.

Датчики устанавливают на регистрирующем столе и под фальш-полом на полу кузова вагона. БАС "на ходу" выявляет неисправности рельсовой колеи, угрожающие безопасному движению поездов, и выдает сигнал об ограничении скоростей движения. Обнаруженные неисправности с их полной характеристикой (амплитудой, длиной, степенью и балльностью) и местоположением выводятся на принтер и экран ЭВМ. Во время поездки производится балльная оценка состояния рельсовой колеи с распечаткой результатов по каждому километру. На стоянке путеизмерителя с помощью БАС производят анализ опасных неисправностей, мест с ограничением скоростей движения поездов,- километров с неудовлетворительной оценкой. На основании результатов контрольных поездок вагона с помощью БАС выдаются рекомендации по планированию неотложных и планово-предупредительных работ текущего содержания пути в пределах околотка, дистанции пути, железной дороги.

Для возможности повсеместного внедрения БАС на Куйбышевской и Московской дорогах были проведены сравнительные испытания по оценке состояния пути с применением автоматической и ручной оценок, в которых автор принимал непосредственное участие в качестве эксперта.

Результаты получены тремя путеизмерительными вагонами в осенний период 1996г. - для несвязанных участков пути было обработано: автоматическая оценка - 380 км., ручная оценка -

- 354 км. Для участка пути, на котором анализировались одновременно результаты автоматической и ручной оценок, было обработано 84 км. Была определена покилометровая балльность для автоматической оценки и средняя (по трем проездам) покилометровая балльность для ручной. Эти данные, упорядоченные по возрастанию средней (автоматической и ручной) балльности, представлены на рис. 3.1. На рис. 3.2 представлены разность между автоматической и ручной оценками, упорядоченная по возрастанию средней балльности, а также соответствующая аппрок-симационная функция.

Анализ приведенных сравнительных данных для автоматической и ручной оценок состояния пути, а также среднеквадрати-ческих отклонений от средней балльной оценки позволил заключить следующее:

1. Результаты автоматической и ручной оценок имеют хорошую корреляцию в интервале 0-75 баллов.

2. Максимальные различия в оценке пути между автоматической и ручной оценками наблюдаются для участков со средним баллом, лежащим в диапазоне 100-300 баллов.. Дополнительным анализом установлено, что отмеченные различия в оценке пути между автоматической и ручной оценками происходят, как правило, за счет перехода неисправностей из степени в степень. Кроме того, имелись случаи пропусков оператором отдельных неисправностей, что связано с его усталостью в условиях возросшего потока неисправностей.

3. Автоматическая и ручная оценки участков пути, обладающих высокой балльностью (более 300 баллов), имеют тенденцию к сближению.

Средняя балльность автоматической и ручной оценки

Средняя бапльносль

Рис. 3.1.

Разность бальности между автоматической и ручной оценками

800 л 7СО

Ч

Аппроксимация !

100 0< -100 -700 - ЫШ7 \

■е^Г^/ъ^Т7 V. у.'.....1. V м

' 5 г я 8 8 и ? г 8 г 8 г г : 8 г 5 8 ? с г з «> СО О <5 * N (1 Й N (Ч П «

I

Средняя балльность

Рис. 3.2.

Широкое применение БАС на действующих вагонах-путеизме-рителях позволит повысить объективность расшифровки измерений и оценки состояния пути, оперативность анализа и качество решений по планированию путевых работ. При этом обеспечивается единообразие принимаемых решений, исключаются случаи необъективной оценки состояния пути и пропуска километров с . неудовлетворительной оценкой.

4. ИЗЛОМЫ РЕЛЬСОВ ПО К0РР03И0НН0-УСТАЛ0СТНЫМ ТРЕЩИНАМ В ПОДОШВЕ РЕЛЬСОВ И МЕРЫ ДЛЯ ИХ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ

4.1. Состояние вопроса

Последние 15 лет на целом ряде железных дорог интенсивно нарастают изломы рельсов по сечениям с коррозионно-усталост-ными трещинами в подошве (дефект 69).

До 1984 г. изломы рельсов вследствие возникновения кор-розионно-усталостных трещин в подошве (дефект 69) происходили сравнительно редко. В период с 1969 по 1972 гг. на 20 дорогах было зафиксировано 26 случаев излома рельсов по этому дефекту. Изломы происходили в звеньевом пути. Их появлению предшествовало длительное контактирование подошвы рельса с деревянными (фанерными) регулировочными прокладками.

Начиная с 1986 г. количество дефектов 69 стало увеличиваться, главным образом в бесстыковом пути. Так, на Юго-Западной дороге в 1984 г. зафиксировано 6, в 1987 г. - 66, а в 1990 г. - 143 излома рельсов под поездами из-за появления коррозионно-усталостных трещин в подошве.- На дорогах Московс-

кой. Октябрьской, Горьковской в 1989 г. было 12, а в 1992 г. уже более 70 изломов рельсов по этому дефекту.

■ На фоне некоторого снижения количества изломов рельсов по дефектам 21 и 53, вследствие повышения качества рельсов и улучшения работы дефектоскопии, рост числа изломов рельсов по дефекту 69 привел к тому, что коррозионно-усталостные трещины в подошве на ряде участков стали основной причиной изломов рельсов. Так, в 1992 г. на Московской дороге изломы по дефекту 69 составили более 50% от общего числа изломов. Положение усугубляется тем, что в отличие от контактно-усталостных трещин, возникающих в головке и шейке рельса, коррозионно-уста-лостная трещина в подошве не может быть обнаружена средствами дефектоскопии, если она расположена вне проекции шейки на подошву. Эта проблема стала предметом исследований целого ряда ученых и практиков, в частности, докторов технических наук Конюхова А.Д., Порошина В.Л., Шура Е.А., кандидатов технических наук Рейхарта В.А., Колотушкина С.А. и др. Разработки и обобщения автора изложены в данной работе.

4.2. Особенности возникновения изломов рельсов- по дефектам 69

В результате анализа условий возникновения 71 излома рельсов от коррозионно-усталостных трещин в подошве, размеров и расположения усталостных трещин в сечении рельса и по их длине с учетом грузонапряженности и пропущенного тоннажа груза, типа рельсов и заводов-изготовителей, типа подрельсового основания, состояния пути по показаниям вагона-путеизмерите-ля, температуры воздуха и времени года на частоту появления

изломов, автором установлено следующее.

Основная часть (80%) усталостных трещин возникает в средней части подошвы, на расстоянии до 30 мм от оси. Остальные 20% трещин возникают на расстоянии более 30 мм от оси рельса, в том числе 8% трещин - от кромки пера подошвы.

В зону проекции шейки на подошву, в которой трещины могут быть обнаружены ультразвуковым дефектоскопом, попадает около 30% трещин в начальной стадии развития.

В момент излома длина усталостных трещин составляла от 2 до 35 мм. Практически половина трещин имела сравнительно малую длину (менее 10 мм) и незначительную глубину. Глубину менее 6 мм имели 67% трещин, в том числе у 6% трещин глубина была около 2мм.

Установлено, что изломы рельсов происходят от усталостных трещин весьма малого размера, что свидетельствует о достаточно высоком' уровне напряжений в подошве в момент излома.

Все изломы расположены в зоне контакта рельса с резиновой (резинокордовой) или регулировочной (фанерной) прокладкой. Между шпалами в бесстыковом пути, вне зоны контакта с регулировочной прокладкой усталостные трещины не возникают. Практически отсутствуют изломы и в звеньевом пути, в котором подошва рельса опирается непосредственно на металлическую подкладку. Основная доля изломов (более 70%) происходит после пропуска 400 млн.т груза.

Грузонапряженность на этих участках составляла от 40 до 140 млн.т груза в год. Осевые нагрузки несколько превышали средние общесетевые. Особое влияние на возникновение коррози-онно-усталостных трещин в подошве рельсов и изломов по ним

оказало увеличение допустимой осевой вагонной нагрузки в 1985г. до 25 тс.

Изломы рельсов по дефекту 69 в течение года происходят очень неравномерно. Если с января по август ежемесячно наблюдается 4-5% общего количества изломов в году, на сентябрь и декабрь приходится в среднем по 15-18%, то на октябрь и ноябрь - около 40% количества изломов в год. Причем такой характер зависимости частоты изломов от времени года наблюдается как на дорогах Европейской части России, так и на Украине. Объясняется он тем, что при понижении средней температуры в осенний период увеличиваются растягивающие температурные напряжения в плетях бесстыкового пути. Суммируясь с высокими растягивающими напряжениями, вызванными изгибом рельса под нагрузкой от колес подвижного состава, они, в условиях концентрации напряжений в зоне трещин в подошве, приводят к появлению хрупких доломов. Этому способствуют также уменьшение вязкости рельсовой стали с понижением температуры. Однако этот • факт представляется менее существенным, так как изломы происходят как при отрицательной, так и при положительной температурах.

Характерно отсутствие связи состояния пути по показаниям путеизмерителя и случаев излома рельсов по дефекту 69. Так, при оценке "отлично" и "хорошо" произошло около 65% изломов и всего только 10% при оценке "неудовлетворительно". На Октябрьской дороге из 25 случаев изломов только примерно 1/3 произошла При просадках более 10 мм, остальные 2/3 - при отличном состоянии пути без отступлений от нормы.

Можно заключить, что параметры пути, регистрируемые ва-

гоном-путеизмерителем в настоящее время не имеют тесной связи с вероятностью возникновения дефекта 69. Это свидетельствует о необходимости совершенствования критериев оценки состояния пути.

Результаты усталостных и копровых испытаний проб из рельсов, находившихся в эксплуатации и пропустивших. 400-600 млн.т брутто груза, свидетельствуют о том, что дефект 69 возникает избирательно в местах высоких переменных растягивающих напряжений в подошве, действующих длительное время.

Анализ показал, что именно в местах с низким модулем упругости подрельсового основания при наличии щелевой коррозии создаются условия для образования коррозионно-усталостных трещин и изломов изломов рельсов по ним.

4.3. Мероприятия по предотвращению изломов рельсов по корро'зионно-усталостным трещинам в подошве.

Предотвратить изломы рельсов по дефекту 69 в бесстыковом пути при существующей осевой нагрузке и конструкции верхнего строения со скреплением КБ с гигроскопичными резинокордовыми прокладками на эксплуатируемых железных дорогах возможно, если обеспечить контроль растягивающих напряжений в подошве рельсов.

Отсутствие инструментального непрерывного контроля фак- ■ тического модуля упругости подрельсового основания не позволяет выявить потенциально оп&сные сечения, в которых высока вероятность появления излома по дефекту 69.

В целях улучшения существующей методики оценки состояния

бесстыкового пути и выявления сечений рельсов, в которых высока вероятность образования изломов от подошвы рельса, автором предложено ввести непрерывный контроль кривизны рельса под нагруженным колесом.

Известно, что радиус кривизны изогнутой оси рельса р(х) связан с изгибающим моментом М(х) и изгибной жесткостью рельса (EJ) соотношением:

1/р(х)= M(x)/EJ, (4.1)

Как известно, изгибные напряжения в подошве рельса пря-мфропорциональны его кривизне под колесом:

б(Х) = M(X)/W=EJ/P(X)W, (4.2)

где W - момент сопротивления рельса.

В соответствии с изложенным, предложен с участием автора приоритетный способ непрерывного измерения кривизны рельсов под нагруженным колесом. В настоящее время создан и прошел успешные испытания макетный образец устройства для регистрации кривизны рельсов, внедрение которого позволит своевременно выявлять потенциально опасны^частки пути, предрасположенные к возникновению дефектов 69 и, тем самым, предотвращать внезапные изломы рельсов.

5. ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА РАБОТЫ ДЕФЕКТОСКОПНЫХ СРЕДСТВ НА ДОРОГЕ 5.1. Постановка вопроса

Рельсы являются "основным несущим элементом железнодорожного пути и поэтому требуют постоянного тщательного контроля

при эксплуатации. Мероприятия по обеспечению безопасности движения поездов и исключению изломов в пути рельсов по сече-{Яно, ослабленному поперечной или другой трещиной, включают комплекс мер по совершенствованию технологических процессов контроля рельсов в пути средствами дефектоскопии с оптимальной периодичностью.

Как известно, по мере нарастания пропущенного тоннажа служебные свойства рельсов, а прежде всего - их сопротивляемость хрупкому разрушению, постепенно снижаются, нарастает число неисправностей пути, просадок, развиваются волнообразные неровности на поверхности катания головки рельсов. Это при повышенном силовом воздействии колес на рельсы снижает их прочность и живучесть по сечению с внутренними поперечными трещинами. Одновременно увеличивается количество рельсов, де-фектоскопирование которых затруднено из-за акустических шумов и других помех, причина которых - поверхностный слой металла головки, поврежденной микро- и макротрещинами, выколами и др.

Наибольшая опасность излома рельсов из-за резкого снижения прочности происходит при совпадении в одном сечении внутренней поперечной трещины и поверхностного дефекта в виде волнообразного износа и изолированных коротких неровностей (дефекты I - IV групп).

На основе анализа технического состояния рельсового хозяйства на дороге автором были разработаны рекомендации по созданию специального испытательного участка железнодорожного пути с уложенными специально отобранными дефектными рельсами с целью проверки работоспособности и тарировки всех видов де-фектоскопных средств.

Впервые на сети дорог подобный спецпуть был организован на Экспериментальном кольце ВНИЙЖТ МПС ст. Щербинка Московской ж. д. докг. техн. наук В. Л.Порошиным и канд. техн. наук С.А.Колотушкиным в 1988 - 89 гг.

Своевременное обнаружение опасных дефектов в рельсах обеспечивается за счет комплексного применения магнитных и ультразвуковых дефектоскопных средств, включая скоростные вагоны-дефектоскопы и съемные дефектоскопные тележки, работающие с оптимальной периодичностью, дифференцированно, в зависимости от интенсивности отказов рельсов, грузонапряженности и осевых нагрузок, наработки тоннажа и других условий.

5.2. Рекомендации по подготовке рельсов к укладке

Имеются два направления по эксплуатации "Спецпути" с дефектными рельсами: а) рельсы с дефектами укладываются в путь только на строго ограниченное время проведения цикла испытаний дефектоскопных средств (что находит отражение в приказе по дороге) вместо стандартных бездефектных рельсов, остальное время эти рельсы складируются и хранятся в покилометровом запасе на специальных стеллажах; б) рельсы в сечениях с дефектами 21 усиливаются постановкой накладок, стянутыми комплексом из шести болтов (предпочтительнее высокопрочных класса прочности 12.9.), которые снимаются только при проведении цикла испытаний дефектоскопных средств. В этом случае должны быть разработаны условия безопасной эксплуатации рельсов в я,"Спецпути", например, ограничение скорости движения любых

подвижных единиц по рельсовому пути на этом станционном или малодеятельном пути (возможен вариант выбора "Спецпути" на одном из главных путей, закрытых для регулярного движения поездов временно).

Рекомендуемый порядок подготовки рельсовых проб для последующей вварки в звенья длиной до 25 м.

Отбор рельсовых проб длиной не менее 1,2 м с дефектом посередине производится после обнаружения дефектоскопистами дистанции пути каждого дефекта и оперативного последующего его вторичного контроля с определением размера дефекта, глубины его залегания и др. (с максимальной реализацией возможностей имеющихся дефектоскопов). На следующем этапе каждая рельсовая проба с дефектом посередине должна быть еще раз проконтролирована специалистами дорожной дефектоскопной лаборатории с составлением паспорта (где отражаются все параметры как рельса (его тип, боковой и вертикальный износ, промер щупами и металлической измерительной линейкой длиной 1 м величины седловины в сечении с внутренней трещиной), так и все параметры трещины.

Все освидетельствованные рельсовые пробы (с маркировкой белилами номера каждого дефекта по порядку, NN его рисунка) направляются на Рельсоеварочный поезд для вварки в звенья длиной 12, 5 или 25 м. Перед этим необходимо тщательно подобрать сопрягаемые при сварке рельсовые куски как по износу (вертикальному и боковому), так и с расположением рабочей грани каждого куска рельса в каждом звене в одну сторону.

Одновременно разрабатывается конкретный план укладки опытных рельсов с дефектами на "Спецпуть" с учетом всех реко-

мендаций, отраженных в документах применительно к испытательному участку пути для тарировки скоростных магнитных вагонов-дефектоскопов на дороге.

Представляется целесообразным эту проблему рассматривать значительно шире, т.е. на таком "Спецпути" целесообразно периодически проверять работоспособность всех дефектос-копных тележек, в том числе новых дефектоскопов, прибывших на дорогу, а также дефектоскопных тележек после их ремонта, наладки или тарировки в стационарных условиях дистанции пути, дорожной дефектоскопной лаборатории или в процессе регулярно проводимых на дороге школах-семинарах-техучебе . Это целесообразно делать один раз в два - три года после тщательной подготовки.

5.3. Рекомендации по эксплуатации "Спецпути"

На основании комплексных исследований скорости роста поперечных усталостных трещин в головке рельсов дефекта 21 (живучесть рельса) были установлены закономерности их развития в различных условиях эксплуатации, из которых следует, что для условий "Спецпути" трещины в рельсах практически развиваться не будут, т.е. существенного прироста площади трещин несколько лет подряд не будет. Следовательно, последовательность укладки рельсов с трещинами, рекомендуемая по программе максимум, следующая (с дефектами 21): 5-10, 15, 20-25, 30, 40-45, 50-60, 70-80% от площади сечения-головки, но обязательно по два-три рельса каждой'градации - отличие их должно быть по глубине залегания дефекта 21 от поверхности катания головки

(например, 4-5, 6-8, 10 и более мм). Практически реализовать это вполне возможно, т.к., например, для главного направления Восток-Запад (нечетный путь) глубина залегания дефектов 21, как правило, составляет около 10 мм, а для путей четных - менее 8 мм (это экспериментально подтверждено).

Следует обращать внимание на расположение угла . наклона поперечной трещины (как правило, на 2-х путном участке ее наклон в сторону движения поездов под углом от 10 до 35°, на однопутном участке - с некоторым уклоном в сторону преимущественного движения поездов), что следует маркировать на рельсе при отборе рельсовых проб, а также возобновлять маркировку стрелкой на опытных рельсах.

Пожалуй, не менее важно постоянно помнить, что дефект 21 располагается со стороны рабочей грани головки рельса и любое перемещение рельса без маркировки может привести к укладке повторно рельса в путь с раскантовкой, при которой либо дефект 21 попадает на наружную - полевую сторону головки, либо трещина попадает опять со стороны рабочей грани, но ее наклон уже не в сторону реального движения поездов при испытании вагонов-дефектоскопов.

Укладка рельсов с дефектами в "Спецпуть" возможны как на деревянных, так и на железобетонных шпалах, особой разницы при этом нет из-за практического отсутствия прироста размеров трещин.

Рекомендуется уложить в путь также рельсы с дефектами 53.1 как на принимающем, так и на отдающем концах рельсов.

Комбинационное расположение дефектов в рельсах "Спецпути" с учетом вышеизложенных рекомендаций позволит всесторонне

оценивать работоспособность дефектоскопных средств, управлять процессом тарировки их чувствительности.

На рис. 5.1в качестве иллюстрации приведена схема расположения рельсов с дефектами на "Спецпути" Куйбышевской железной дороги.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполненные автором исследования, разработки и научные обобщения обеспечили мобилизацию резервов ресурсосбережения рельсового металла и безопасности движения поездов на Куйбышевской дороге и позволяют заключить следующее:

Анализ отказов рельсов по дефектам на Куйбышевской ж.д. показал, что по контактно-усталостным дефектам И, 21 и ЗОГ выходят из строя около 38% от общего числа изъятых рельсов, доля рельсов с дефектами в стыковой зоне - около 20%, по дефектам 44 - около 20%; меньшее число отказов рельсов по термомеханическим повреждениям (14 и 24) ~ около 5,2%, по дефектам 40 и 49 - около 1,0%, по дефектам 26 - около 1,5%, по дефектам 69 - около 0,4%, однако случаи изломов рельсов по этим дефектам на соседних дорогах, например Московской, требуют акцентирования внимания на этой проблеме.

Существующие технические средства не решали проблемы ввода рельсовых плетей в заданный температурный интервал одновременно с их укладкой в путь. Разработанные на Куйбышевской ж.д. с участием автора технология и технические средства позволили вводить рельсовые плети в требуемый температурный интервал непосредственно при их укладке в путь и рекомендова-

Структурная схема Спецпути

правая нить

9-П 9-12 9-12 >12 _М2_ 25.2 24.2 ЗОВ.2 30Г.2 46.3 14.2 10 - 20 .40 — 60 60-80 20 - 40 60- 80

Н-1-1-1-1-1-1-1-1-1

5 6 7 а 9 10 11 12 13 14

-(-1-1-|-1-1-1-1-1-1-1-1-(

± <5 9-12 5-8 >12 24.2 25.2 30Г.2 ЗОВ.2 46.3 14.2

45 20 - 40 10 - 20 20 -40 >60 10 - 20 40 - 60 |

со

I

рис. 5.1

|-1 - рельсовое звено длиной 25 (12,5) м;

25.2 - трехзначным числом обозначены дефекты по рисунку;

* - через дробь приводятся данные для дефекта 21: в числителе - глубина залегания поперечной трещины от поверхности катания головки рельса, мм; в знаменателе - площадь

№бо/гговых стыков

3 4

левая нить

поперечной трещины в % от площади поперечного сечения головки рельса.

ны МПС для повсеместного применения.

Разработанный технологический процесс погрузки и выгрузки рельсовых плетей бесстыкового пути на перегонах на подвижной состав, оборудованный УСО-4, дает возможность сократить потери рельсового металла при разрезке плетей, а также исключить необходимость в дополнительных рельсовозных составах. Новизна этих технических решений также подтверждена положительными решениями ВНЙИГПЭ РФ на заявки о выдаче патентов на изобретение.

Случаи изломов рельсов по сечениям с поперечными трещинами (дефекты 20, 21, 69) подтверждают необходимость создания специальных испытательных участков "Спецпути" из рельсов, имеющих естественные дефекты 21, 53, 24, ЗОВ,Г и других видое разных размеров, предназначенных для периодической проверки работоспособности и настройки дефектоскопов, в том числе скоростных вагонов-дефектоскопов. Работа дефектоскопов после настройки и тарировки на таких испытательных участках повысит уровень безопасности движения поездов.

Предотвратить изломы рельсов по дефектам 69 в бесстыковом пути можно за счет введения непрерывного контроля за кривизной рельсов под нагруженным колесом в целях ограничения напряжений изгиба в подошве рельсов: макетный образец устройства, созданного с участием автора, показал положительные результаты, а его новизна подтверждена положительным решением ВНИИГПЭ РФ на поданную заявку о выдаче патента на изобретение.

Широкое использование комплексной системы ресурсосберегающих технологий, разработанных в данной работе, включающую внедрение компьютеризированной диагностики оценки состояния

рельсового пути вагонами-путеизмерителями с бортовой автоматизированной системой (БАС), для определения узких мест в техническом состоянии пути и на базе этого - реализация системы профилактических мер для отдаления момента возникновения и снижения интенсивности развития повреждений элементов пути - позволит повысить надежность и эффективность его работы, а также уровень безопасности движения поездов, в части зависящей от путевого хозяйства.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Архангельский C.B., Качур В.И., Щекотков Ю.М., Гунин В.А., Карягин С.И., Нефедов A.A. Новые диагностические вагоны-лаборатории. - Железнодорожный транспорт; 1994, N3, С. 42-43.

2. Нефедов A.A., Ершов В.В., Шабанов A.A. Температурные эквиваленты неисправностей бесстыкового пути.- Путь и путевое хозяйство, 1995. N11, с. 2-3.

3. Нефедов А. А., Ершов В.В. Еще одна ресурсосберегатель-ная технология. - Путь и путевое хозяйство, 1995, N8, с. 3-5.

4. Нефедов A.A., Ершов В.В. Механизм для ввода рельсовых плетей в требуемый температурный интервал. Самара, Информационный листок Ш82Ш). ДЦНТИ Куйбышевской ж.д.. 1995, - Зс.

5. Нефедов A.A., Ершов В.В. Устройство для механического изменения длины рельсовых плетей УРГ-001. Информационный листок ДЦНТИ Куйбышевской ж.д. N9592(n), 1995. - г.Самара.

6. Нефедов A.A. Комплексная программа в действии. - Путь и путевое хозяйство, 1988, N 10, с.8-10.

7. Нефедов A.A., Филиппов В.М. Межремонтные сроки и наши

резервы, - Путь и путевое хозяйство, 1992, N11, с.16-17.

8. Конюхов А.Д., Порошин В.Л., Комаров A.A., Нефедов

A.A. Анализ причин изломов рельсов по дефекту 69. - Самара, ДЦНТИ Куйбышевской ж. д., 1994 ( Информационное письмо N 44-94). - И с.

9. Нефедов A.A., Порошин В.Л., Комаров A.A. Ресурсосберегающие технологии для продления срока службы рельсов. --Самара, ДЦНТИ Куйбышевской ж.д., 1994 (Информационное письмо N 1175 (П-48)). - И с.

10. Конюхов А.Д., Рейхарт В.А., Нефедов А.А., Порошин

B.Л. Способ измерения кривизны рельса под нагруженным колесом . - Заявка на патент на изобретение N94015384/ /11 от 26.04.94, положительное решение от 18.10.94.

11. Ершов В.В., Нефедов A.A. Способ погрузки длиномерных изделий на железнодорожный состав. - Заявка на патент на изобретение К95118508/11 от 26.04.94, положительное решение от 24.01.94г.

12. Нефедов A.A., Ершов В.В. К вопросу температурной устойчивости бесстыкового рельсового пути. Тр. СамИИТа, 1996г. - г.Самара

13. Архангельский С.В., Гунин В.А., Щекотков Ю.М., Нефедов A.A. Компьютерная система на путеизмерителях для контроля геометрических параметров рельсовой колеи. - Москва, Академия народного хозяйства РФ, 1996 (Тезисы доклада на XIV Российской научно-технической конференции "Неразрушающий контроль и диагностика").

14. Конюхов А.Д., Рейхарт В.А., Нефедов A.A. Изломы рельсов по дефекту 69. - Путь и путевое хозяйство, N5, 1994.,

с. 26-27.

15. Нефедов A.A. и др. Разработка предложений для продления срока службы рельсов за счет применения ресурсосберегающих технологий на Куйбышевской ж. д. - Научно-технический отчет, 1994, Москва-Самара.

16. Нефедов A.A. и др. Ресурсосберегающая технология для продления срока службы рельсов. - Информационный письмо. ДЦНТИ, Куйбышевская ж.д., 1994.

17. Нефедов A.A. и др. Межремонтные сроки и наши резервы. - Информационный листок N 1182(п). ДЦНТИ Куйбышевская ж. д., 1995.

18. Нефедов A.A. и др. Погрузка старогодных рельсовых плетей на перегоне.- Информационный листок N1274(П-40)-29646. ДТНБ, Куйбышевская ж.д.

19. Гунин В. А., Симаков О.Б., Седелкин Ю. А., Порошин В. В., Нефедов A.A., Анашкин Б.Д. Сопоставление результатов автоматической и ручной оценки состояния рельсового пути для путе-измерителя системы ЦНИИ-2 (БАС КВЛ-П1)/Путь и путевое хозяйство, 1997, N5.