автореферат диссертации по транспорту, 05.22.06, диссертация на тему:Установление предельно-допустимых размеров контактно-устанолостных выкрашиваний рабочей выкружки головки рельса



ИРКУТСКИЙ ИНСТИТУТ ИНЖЕНЕРОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

О

СМ

На правах: рукописи

ХОДЫРЕВ Врий Анатольевич

УСТАНОВЛЕНИЕ ПРЕДЕЛЬНО-ДОПУСТИМЫХ РАЗМЕРОВ КОНГАКИЮ-УСТАНОЛОСТНЫХ ВННРА1ШВАНКЙ РАБОЧЕЙ ВЫКРУЖКИ ГОЛОВКИ РЕЛЬСА

Специальность 05.22.06 - Нелезнодорояный путь

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Иркутск, 1995

Работа выполнена во ВН'ЛШе, СибГАПСе и ИрИКТе

Научный руководитель доктор технических наук,

профессор В.Г.Альбрехт

Официальные оппоненты доктор технических наук,

академик Э.П.Исаенко (Горьковская

железная дорога)

кандидат технических наук,

доцент А.А.Николаенко (СибГАГТС)

Ведущее предприятие - Восточно-Сибирская железная дорога

Защита состоится "У " 199 . в /ч час.

на заседании специализированного совета К.Н4.02.02 в Сибирской Государственной'академии путей сообщения по адресу: 630923 г.Новосибирск, ул.Дуск Ковальчук, 191, ауд.226

С диссертацией вд^но ознакомиться в^-бкблиотеке института. Автореферат разослан

Отзыв на актореферат, заверенный печатью просим направлять по адресу Совета института.

Ученый секретарь специализированного совета, а^В^^С^-С^М доктор технических наук, доцент

V В.-я.Грищенко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Основной задачей железнодорожного трансаорта является бесперебойное обеспечение потребностей в перевозках всех отраслей народного хозяйства страны. Во многом устойчивость перевозочного процесса и безопасность движения зависят от состояния рельсового хозяйства. За последние годы вырос средний вес рельсов до 62,8 кг/пог.м. увеличилась доля термически упрочненных рельсов до 80%, а рельсов I группы до 30%. Но вместе с этим надежность рельсового хозяйства снижается из-за недопоставки новых рельсов, в результате чего на грузонапряженных направлениях лежит до 22 тысяч км рельсов, пропустивших сверхнормативный тоннаж и до 10,8 тысяч км дефектных.

Среди дефектов поверхности катания рельсов особое место занимают выкрашивания из-за недостаточной контактно - усталостной прочности металла /дефект 11.1-2 в соответствии с классификацией ШС/. Они образуются в рабочей части головки рельса, когда металл под действием знакопеременных: поездных нагрузок работает в зоне ограниченной выносливости. На сети дорог есть участки пути, на которых до 20% рельсов имеют дефект II, из них только 5-6^ заменяется в плановом порядке, остальные дефектные рельсы работают до ?апитального ремонта пути или сплошной смены рельсов. Наличие зельсов с контактно-усталостными повреждениями приводит к ослаб-тению прочности свойств рельса из-за уменьшения площади его по-юречного сечения и появляется опасность излома рельса под поез-юм. Кроме того значительные геометрические размеры дефектов по дане и глубине не только ухудшают местное динамическое воздейст-дае, но и существенно повышают вероятность вкатывания гребня ко-геса на рельс. В связи с этим возникает вопрос об определении кри-'ериев, по которым долина назначаться замена рельсов с дефектами I и установление их минимальных размеров, при которых эксплуата-

ция рельсов безопасна.

Цель работы: Целью работы является установление влияния основных факторов, определяющих интенсивность образования дефектов II и величину их геометрических размеров, а также определение критериев, по которым необходимо назначать немедленную замену. В зависимости от выбранных критериев необходимо определить допустимые размеры выщербин и разработать технологию ремонта рельсов с ними. Для достижения поставленной цели решались следующие еадачи:

- оценка влияния эксплуатационных факторов на повреядаемость рельсов дефектом II;

- определение влияния силового нагружения на геометрические размеры выщербин;

- экспериментальное исследование прочностных характеристик рельсов с выщербинами и установление влияния геометрических размеров и фор« дефектов на их уровень;

- разработка методики и определение допустимых размеров дефектов II по условиям недопущения вкатывания гребня колеса на рельс;

- экспериментальные исследования по выбору оптимального способа восстановления рельсов с выщербинами и разработка технологии их ремонта в пути.

Научная новизна.. Подучены закономерности удельного изъятия рельсов по дефекту II в зависимости от грузонапряженности, кривизны пути и времени года. Показано влияние нагрузок до 270 кН на ос! на геометрические размеры выщербин и скорость развития ВЕТ.

Экспериментальная и теоретическая проверка прочности рельсов типа Р65 с выщербинами глубиной до 10 мм показала невозможность излома под поездами рельсов с такими дефектами при существующем уровне нагрузок. Разработана методика и подучены зависимости, позволяющие установить предельно-допустимые размеры дефектов II из

условия недопущения внатывания гребня колеса на рельс. Впервые [аучно обоснован и доведен до практического применения способ ре-юнта рельсов с выщербинами газопорошковой наплавкой.

Практическая ценность.. Полученные закономерности влияния |Ксплуатационных факторов на повреждаемость рельсов дефектами II :озволяют прогнозировать появление контактно-усталостных выкраши-лний на участках пути.

Разработанная методика допустимых разыероз дефектов II и про-зведенные расчеты, учитывающие конкретные эксплуатационные усло-ия, дают возможность установить размеры вщербин при которых со-людается безопасность движения поездов.

Технология газопорошковой наплавки рельсов с выщербинами озволяет восстановить поверхность катания и улучшить прочностные войства рельсов, продлевая срок их службы до нормативного.

Внедрение результатов.. Рекомендации, полученные в результате кспериментальныг и теоретических исследований рельсов с выцерби-ами использовались при разработке нормативно-технической докумен-ации МПС РФ "Каталог дефектов рельсов" БТД/ЦД - 2 - 93.

Технология восстановления поверхности катания рельсов с де-ектами II методом газопорошковой наплавки принята для практичес-эго использования на Красноярской и Восточно-Сибирской железных эрогах.

получили одобрение:

- на ХП, ХУ иХУШ конференциях сотрудников ИрИИТа и специалис-эв эксплуатации и строительства железных дорог Сибири и'БАМа / экутск 1987, 1990, 1993 г./;

- на научно-технических совещаниях отделения путевого хозяй-

д. Основные положения диссертации доложены

рва ВНИИЖГа /Москва 1987, 1988, 1989 г./;

- на ХХХУ научно-технической конференции по вопросам путевого хозяйства /Ленинград 1989 г./;

- на ХХХУ1 научно-технической конференции /Хабаровск 1989 г./

- на научно-технических совещаниях рельсовой лаборатории ВНЙИШТа /Москва 1987, 1988, 1989 г./.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 9 работ.

Объем работы.. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы. Общий объем диссертации 190 страниц, в том числе 60 рисунков, 19 таблиц, библиография ПО наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение... В введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулирована цель и задачи исследования, а также изложено основное содержание работы.

В первой главе рассмотрен механизм образования контактно-усталостных дефектов и дан анализ теорий появления выкрашиваний на рабочей выкружке рельса.

Большой вклад в разработку теории механизма образования трещин контактной усталости внесли доктора технических наук Школьник A.M., Щур Е.А., Великанов A.B., Данилов В.Н., Андреев Г.Е., кандидаты технических наук Скворцов О.С., Рейхарт В.А., Дьяконов В.Н., Мелентьев Л.П., Крысанов Л.Г. и другие ученые. На практике наибольшее подтверждение получила теория образования контактно-усталостных повреждений от внутренних продольных трещин, образующихся в местах наличия строчек-дорожек неметаллических включений.

Образующиеся в результате выхода ВПТ на поверхность рельса дефекты II имеют несколько разновидностей, из которых в работе рассматриваются выколы и выщербины значительной глубины /до 15 мм/

и длины.

Интенсивность образования дефектов II в пути зависит от большого количества эксплуатационных факторов, среди которых основное значение имеют грузонапряженность, климатические условия, осевые нагрузки, кривизна пути.

Статистический анализ изъятия рельсов по дефектам II типа Р65 по сетевым данным на полигонах с различной грузонапряженностью позволил получить количественные зависимости выхода рельсов от пропущенного тоннажа в интервалах грузонапряженности, млн.ткм брутто/км в год: Для термоупрочненньк рельсов

25-50 - 4,52-|(ГЭ-Т 3,36

/I/

при /2/ О ¿ 750 /з/

/4/

при /5/ 0 ¿ Т ¿ 500 /6/

50-80 - N= 4,72-10~? • Т3,06 80-100 - М= 9,68 -Ю"8 -Тг,3?

более 100 - N= 1,45'Ю'5-'Т2,26

Для нетермоупрочненных рельсов

25-50 - N = 4,77-10"* Т1'7" 50-80 М= 1,Ч\ -I0"3 Г'ЗЦ

Эти зависимости показаны на рис Л и отражают среднесетевые условия каждого полигона, в т.ч. по средним осевым нагрузкам.

При исследования влияния климатических условий на образование выщербин был проведен статистический анализ изъятия рельсов по деф.П с Экспериментального кольца ВНИИЖТа, которое находятся, согласно ГОСТ 16350-70, в умеренно-холодной зоне. Было установлено увеличение образования деф.П на рельсах в осенний период, когда балласт начинает замерзать и максимальное количество дефектов появляется в конце ноября-декабре. Это связывается с повышением жесткости подшпального основания, присущей промерзшему балласту.

Зависимость от грузонапряженности удельного изъятия рельсов типа Р65 по дефекту II на звеньевом пути при различной наработке тоннажа N = 928 шт.

I - для интервала грузонапряженности 25-50 млн.ткм брутто км

в год

2.----------"--------------------50-80 млн.ткм брутто/км в гс

3 ----------"----------------80-100млн.ткм брутто/км в го;

4 ----------и--------------------более 100 млн.ткм брутто/км в год

5----------"----------------------25-50 млн.ткм'брутто/км в го;

6 ----------"----------------------50-80 млн.ткм брутто/км в го;

1-4 - для термически упрочненных рельсов 5-6 - для нетермообработанных рельсов

Рис. I

Проведен анализ повреждаемости рельсов деф.П на участках с различными радиусами вривизны на основе статистических данных с Западно-Сибирской, Восточно-Сибирской и Забайкальской яелеэных дорог. Полученные зависимости показали, что наибольшая повреждаемость рельсов выщербинами происходит в кривых радиусами от 450 до 650 м и на участках с такой кривизной в процессе образования деф.П имеет решающее значение. Рекомендовано на участках вышеуказанных радиусов увеличивать покилометровый запас рельсов.

С целью определения взаимной корреляции между геометрическими размерами выколов и уровнем воздействия максимальных осевых нагрузок были проанализированы и статистически обобщены фактические материалы измерений деф.П, образовавшихся на рельсах типа Р65 массового производства к моменту изъятия из пути на Экспериментальном кольце ВНШЖТа при обращении на нем подвижного состава с осевыми нагрузками 230, 250 и 270 кН. В табл.1 приведеныт результаты статистического анализа, из которого следует, что с ростом осевой вагонной нагрузки уменьшается длина и одновременно увеличивается глубина выщербин, что свидетельствует об уменьшении уровня сопротивления повреждаемости рельсов при высоких осевых нагрузках.

Таблица I

Характеристики дефекта Да. изм. Значения показателей при нагрузке, кН осевой

230 250 270

Максимально-вероятная длина мм 194 163 159

Максимально-вероятная глубина мм 7,6 8,1 8,3

Угол наклона дефекта к горизонтали град. 4,5 5,6 5,9

0 справедливости данного положения свидетельствует изучение кинетики развития внутренних продольных трещин. Исследование пока-

зало, что при повышении осевых нагрузок до 270 кН ВПТ зарождаются на более ранней стадии и развиваются со средней скоростью --мм/ млн. ткм брутто, а около 1556 трещин имеют скорость роста более 5 мм/млн. ткм брутто.

Глава 2диссертация посвящена экспериментальным исследованиям влияния геометрических размеров и форм выщербин на конструктивную прочность рельсов.

Отдельные вопросы прочности рельсов с выщербинами рассмотрены в работах Шура Е.А., Порошина В.Л., Дьяконова В.Н., Рейхарта В.А., Лемпицкого В.В., Казарновского Л.Я., Грегубенкова Н.М. и других. Проведенный анализ методов и результатов исследований конструктивной прочности рельсов не выявил достаточного объема экспериментальных данных о влиянии дефектов II глубиной более 4 мм на служебные свойства рельсов.

Важным показателем безопасной эксплуатации рельсов с контакт но-усталостньми повреждениями является их живучесть т.е. количество циклов нагрукения от начала образования усталостной трещины до того, как рельс хрупко изломается от этой трещины. Эксперименты по определению живучести рельсов с выщербинами глубиной от 4 до 7 мм осуществлялись на гидропульсационной машине ЦЩ-ПУ-200 при нагрузке 350 кН, Образцы вырезались из рельсов трех заводов-изготовителей, объемнозакаленных и поверхностнозакаленных с нагре ва ТВЧ, пропустивших тоннаж от 190 до 592 млн.т брутто. В результате установлено, что при наличии дефектов указанной глубины живучесть рельсов сохраняется даже после пропуска тоннажа, близкого к нормативному. Исследование разрушенных образцов показало, что большинство изломов начинается не от места приложения нагрузки, а от зон концов ВПТ или от краев самих выщербин, что свидетельствует о концентрации напряжений в этих местах. Исследования влияния глубины дефектов II на хрупкую прочность рельсов проводились в ин

тервалс температур от +29°С до -60°С. Образцы с дефектами глубиной от 4 до 10. мч вырезались из поверхностнозакалеиньгх с нагрева ТВЧ рельсов комбината "Азовсталь". Результаты испытаний разгруппированных по глубине образцов не выявили влияния увеличения глубины выщербин на хрупкую прочность и хладноломкость рельсов. Кроме того исследовалось влияние пропущенного тоннажа на копровую прочность рельсов с дефектами II глубиной от 2 до б мм в интервале температур от +20°С до -80°С. Эксперименты с незакаленными рельсами с наработкой тоннажа от 200 до 600 млн.т брутто не вскрыли влияния последнего на работу разрушения. Зто говорит о том, что выколы и выщербины, а также концы ВПТ, являются более мощными концентраторами напряжений, чем микро- и макротрещины, образовавшиеся по мере пропуска тоннажа. На рис.2 представлена зависимость копровой прочности рельсов с дефектами II от температуры. При понижении температуры до -80°С работа разрупения плавно снижается с 25 до 14 кДк, что свидетельствует о сохранении служебных свойств испытуемых рельсов при низких температурах.

С целью изучения влияния форм-выколов, их длины и глубины на прочность рельсов проводились исследования напряженного состояния моделей дефектных рельсов поляризационно-оптическими методами . Эксперименты проводились на кафедре "Строительная механика" Новосибирского института инженеров железнодорожного транспорта под руководством доктора технических наук, профессора Ахметзянова МД.

Многочисленные эксплуатационные наблюдения, показали, что наиболее часто встречаются дефекты II з форме трапеции и треугольника в плане, при этом в поперечном сечении выколы могут быть как с углом в вершине близким к 30°, так и с тупым. Подобные дефекты имитировались на модели рельса типа Рбэ, изготовление в натураль-

Зависимость работы разрушения рельсов с выщербинами от температуры испытаний при наработке тоннажа от 203 до 600 млн.т брутто

Рис. 2

ю величину. Глубина выколов составляла 3, б,' 9, 12 и 15 мм при инэ 50, 80, 100, 150, 200 мм для каждой глубины. Исследовались нцентрации напряжений методом оптически чувствительных вклеек при гружении модели по схеме трехточечного изгиба с нахождением го-вки с выколом в зоне растягивающих напряжений. Полученные карти-: полос интерференции показали, что напряжение достигает наиболь-х значений в угловых точках. Величина этих напряжений подсчиты-.лась при разных размерах дефектов и определяется коэффициент нцентрации напряжений. Сравнение коэффициентов концентрации на-1яжений с коэффициентом запаса прочности для рельсов типа Р65 1вным 3,5, показало, что при наличии выщербин глубиной до 12 мм ! может произойти поперечного излома рельса из-за потери им несу-:й способности вследствии уменьшения площади поперечного сечения >ловки рельса.

Известно, что при движении экипажей площадка контакта распо-щена в средней части головки рельса лишь в отдельные моменты, реальном пути чаще всего площадка контакта смещается к боковой ' «гружке или имеет место двухточечный контакт. Поэтому, в попереч-) сечении выколи исследовались при воздействии как вертикальной, 1к и горизонтальной нагрузки, которая моделировалась приложением тампа к форме профиля вагонного колеса. Максимальные значения спряжений наблюдались при смещении точки контакта на расстояние 5 мм от оси рельса при воздействии вертикальной силы, а при при-эжении горизонтальной силы в непосредственной близости от зыкояа.

В третьей главе рассмотрены вопросы исследования напряженного эстояния у вершины внутренней продольной трещины.

Испытания образцов, вырезанных из дефектных рельсов показали, то большое количество изломов начиналось от концов ВПГ. Поэтому ыли проведены исследования продольной трещины как в поле растя-

тягиващих и сжимающих напряжений, так и при действии сдвиговых напряжений з поперечном сечении рельса. Критерием оценки напряж ного состояния в точках фронта ВПТ являются коэффициенты интенс ности напряжений.

Оценка напряженного состояния у вершины продольной трещины под воздействием растягивающих и сжимающих напряжений производи лась при нагружении плоской модели по схеме трехточечного изгиб Анализ полей напряжений, проведенный путем раздельного определе ния компонат тензора напряжений показал, что в области вершины трещины в этом случае преобладает сжатие и величина К^- при этом отрицательна. Аналогичные результаты получены при исследовании смещения берегов трещины в реальном рельсе, которое проводилось по методу голографической интерферометрии. Полученные интерферо граммы позволяют сделать вывод, что изгибные напряжения практически не влияют на развитие ВПТ, а контактные напряжения не виз зают нагружения трещины по типу нормального отрыва, а наоборот, приводят к закрытию трещины.

Сдвиговые контактные напряжения исследовались в двух верши нах трещины: направленной вверх головки рельса при помощи плоек модели сечения и направленной вдоль рельса, методом составных м делей с фотоупругими вклейками. В первом случае преобладающим н гружением является поперечный сдвиг и значения Кц возрастают нр смещении точки контакта на расстояние более 10 мм от оси рельса Во втором случае напряженное состояние можно представить как су перпозиция продольного и поперечного сдвига, при этом соотношен К,й /Кдравно 5^6. Отсюда следует, что основной вклад в концент цию напряжений около этой верлины трещины зносят напряжения тип продольного сдвига.

В четвертой глазе дается описание разработанной методики о ределекия допустимых размеров выщербин по условиям сохранения у

ойчивости дви-кения колеса по рельсу.

Для схода колеса с рельса должны быть соблюдены два условия: еобходимое, когда соотношение вертикальных и горизонтальных сил еныпе единицы, и достаточное, когда колесо за время t сместится а величину &дол, равную горизонтальной проекции образующей конус-ой части гребня колеса на рельс.

У основы методики определония поперечного смещения колеса от-осительно боковой выкружки рельса, имеющего неровность на поверх-ости катания в виде выщербины положены разработки Дк. Калкера, .Ф.Вериго, А.Я.Когана, Г.И.Матусовского.

Дяя определения смещения ^ необходимо составить уравнение учетом составляющих, обусловленных качанием сЫ^и скольжением сШ^

d^j = do)^ + d U^ /7/

.ифференцируя /7/ по X, получим d и

= Uij + /6/

ривизна траектории, пройденной кэлесом при качении определяется авенством

où'i = + V - de /9/

де - оносительное угловое скольнение; Л и do - переменные величины, зависящие от геометрических араметров кояееной пары и начальных условий набегания колеса на ельс.

подставляя /9/ в /8/ получим

у" = uj-Я^ + ^-Ыо 'ДО/

бозначая j-(x) = Uy + t"- do

олучим обыкновенное неоднородное дифференциальное уравнение,

определяющее траекторию двихекия колесной пары при вкатывании гребнк колеса на головку ровного рельса.

^а^-К*) /и/

Решая его и учитывая что производная от функции, описывающей траекторию в момент, когда колесо начинает вбегать на рельс, равна углу набегания получим

Н- зе^шлф^оо /12/

Это будет достаточное условие, обеспечивающее безопасность при вкатывании колеса на рельс.

Если на одной рельсовой нити имеется выщербина = то исходное уравнение /10/ будет иметь вид

аЧЛ^Ц^'-т^Ж- ^ /13/

где (А - угол, образуемый бандажной частью и гребнем колеса с горизонтальной плоскостью;

•$*I - половина расстояния меаду кругами катания одной колесно£ пары;

Г" - радиус колеса по кругу катания. В уравнении /13/ относительное сколыкение можно найти по формуле

А1М ^ргбг + ш • ж) /14/

где к - величина, зависящая от параметров контактирующих тел;

N - составляющая результирующей силы Р, направленная нормалы к контактной площадке;

Т - величина, зависящая от соотношения вертикальных и горкзо! тальных сил;

^ - величина, характеризующая проскальзывание. Для решения уравнения /12/ необходимо принять следующие допуски - поперечная , вертикальная ("г силы и их отношение

Графики зависимости максимально допустимых

размеров выщербин от износа реборды колес

при угле набегания колеса на рельс 0,02 рад

А, мм 14

12

10

8

6 4

О 40 80 120 160 200 220

Длина дефектов, мм

1 - износ реборды колеса 3 мм

2 - -------"------- 5 мм

3 _ -------»------- 7 мм

" - остроконечный накат

Рис. 3

имеет вид прямоугольного импульса;

- его длина больше длины выщербины на рельсе;

- выщербина имеет вид полуволны синусоиды, ее параметры описываются формулой

т-А,&1псДх ); ^^ Д5/

где /\| - амплитуда значения неровности; - длина выкола. Учитывая, что колесо набегает под углом 920и подставив /14/ и /15/ в /13/, получим следующее уравнение

ЦХ _ о\о_ (|_С05Л\) +

А| (л)г (оОбшЛ/- Л 51пи)х) /ТА/

+ ■ лЦ^Ж) /1Ь/

Задаваясь значениями Аи которая является проекцией глубины выщербины, измеренной под углом 45° к боковой грани головки рельса, углом набегания ^о выполняются расчеты ^ для текущих значений X и сравниваются с величиной 8доп. Значения В^о^ уменьшаются при наличии износа гребня колеса. На рис.3 представлены в графическом виде зависимости допустимых размеров дефектов II /глубины и длины/ от вкдичины износа гребня колеса при угле набегания 360: 3,02 рад, слева от линий I, 2, 3, 4 - зона безопас ного взаимодействия колеса и рельса с выщербиной.

Используя этот график с учетом наиболее неблагоприятного случая взаимодействия системы колесо - рельс можно установить допустимые размеры дефектов II, превышение которых увеличивает вероятность вкатывания гребня колеса на дефектный рельс.

Глава пятая посвящена определению способа восстановления геометрической формы рельса с выщербиной, который позволил бы сохранить несущую способность.

Одним из наиболее эффективных способов ремонта рельсов яв-

ется их наплавка. В диссертационной работе были исследованы зможности ремонта рельсов с дефектами II несколькими способами, дичащимися видом источника энергии, плотностью теплового пото-и наплавочными материалами:

1. Газопорошковая наплавка ацетилено-кислородным пламенем рошковым самофлюсующимся сплавом ПГ-Ж14.

2. Электродуговая наплавка электродом НР-70.

3. Автоматическая электродуговая наплавка пороиковой проволо-8 Ш-СВН.

4. Автоматическая электродуговая наплавка экспериментальной оволокой марки ПП-ШШ.

5. Комбинированный способ, сочетающий газопороаковую и электро-говую наплавки.

плавке подвергались образцы рельсов производства трех металлур-ческих комбинатов, пропустившие тоннаж от 53 до 548 млн.т брут, как нетермоупрочненные, так и закаленные

Все наплавленные образцы подвергались циклическим испытаниям и начальной нагрузке 350 кН. После испытаний проводилось иссле-вание изломов всех образцов. Установлено, что по прочностным рактеристикам и качеству наплавки лучшим является способ газо-рошковой наплавки. С целью изучения влияния наплавки на свойства галла рельса проводилось измерение твердости по сечению как эго рельса, так и его головки в середине наплавки и в зоне тер-зеского влияния на расстоянии 5-10 мм от границы наплавленного эя. 3 целом получены удовлетворительные результаты, позволяющие комендовать способ газопорошковой наплавки сплавом ПГ-Ж14 для ^становления поверхности катания рельсов.

На основании проведенных исследований разработана технология,

состоящая из трех этапов:

- зачистка поврежденного участка рельса до полного удаления В! и отслоений. Мелкие выщербины вышлифовываются на расстоянии до 300 мм от границы удаленного металла.

- наплавка зачищенного участка рельса с небольшим превышением номинальных размеров для последующей чистовой обработки.

- чистовая обработка наплавленного участка с восстановлением профиля поврежденного рельса.

Предлокенная технология позволяет ремонтировать рельсы в п; ти без перерыва движения поездов, производить контроль рельсов штатными средствами дефектоскопии и имеет высокую экономическую эффективность.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТА РАБОТЫ

1, Экспериментально проанализирован процесс перехода внутренней продольной трещины в дефект II путем исследования напряженного состояния в области ВПТ. При этом установлено, что заро дение и рост трещин происходит под действием сдвиговых напряжен На прямых участках пути, при одноточечном контакте колеса и рел основной причиной развития ВПТ является смещение зоны контакта колеса на 10 мм и более от грани головки к оси рельса. При этом наибольшие напряжения возникают в устье трещин, а напряженное состояние представляется как поперечный сдвиг, характерным приз накок которого является сплыв металла на боковую грань головки рельса. В кривых участках пути, при двухточечном контакте, напр женное состояние в зоне ВПТ определяется совместным действием п перечного и продольного сдвига, в этом случае преобладают напря ния типа продольного сдвига.

2. После образования выщербин наибольшие напряжения вознхк по их краям на глубине б мм и стабилизируются до глубины 12 мм

эстигая максимальных значений при смещении вертикальной нагрузки центру рельса и приложении горизонтальной в непосредственной лизости от края выщербины, что соответствует схеме взаимодейст-ия колеса и рельса в наружных нитях кривых. Однако, коэффициент энцентраций напряжений даже при неблагоприятных положениях наг-узки не превышает коэффициента запаса прочности рельсов. Это те-ретически доказывает невозможность излома рельсов с дефектами II дубиной до 12 мм при существующих поездных нагрузках. Комплекс роведенных стендовых испытаний образцов старогодных рельсов с ефектами II глубиной от 4 до 10 мм подтвердил данное положение -показал, что хрупкая прочность, хладноломкость и живучесть , ельсов с выщербинами находятся в пределах, допускающих их эксплу-гацию в пути.

3. Статистический эксперимент, проведенный на Эксперименталь-ом кольце ВНИИЖТа показал влияние осевых нагрузок на изменение азмеров дефектов II и кинетику развития ВПТ. При повышении осевых агрузок до 270 кН происходит снияение сопротивляемости рельсовой тали образовании и развитию ВПТ, характеризуемое ранним их появ-ением и меньшим периодом развития до образования выщербины. При ереходе к максимальной осевой нагрузке происходит уменызение лины дефектов и увеличение глубины. Математический анализ данных ксперимента показал нелинейность закона изменения сопротивляе-ости рельсовой стали влиянию осевых нагрузок и увеличение их олее 270 кН может стать причиной резкого скачка интенсивности бразования контактно-усталостных дефектов.

4. Установлены количественные зависимости интенсивности бразования дефектов II от пропущенного тоннажа в различных ин-ервалах грузонапряженности, определено влияние яесткости подяпа-ьного основания и кривизны пути. Полученные результаты дают воз-окность планировать количество рельсов, потребных для замены по

дефекту II. Рост интенсивности образования выщербин следует ожид на более грузонапряженных линиях в кривых радиусом 450-650 м в период, когда балласт находится в замерзшем состоянии.

5. Допустимые размеры дефектом II для их плановой замены следует устанавливать из условий сохранения устойчивости движения колеса по рельсу. Разработана методика и получены зависимости, позволяющие определить минимальные размеры выщербин, при коте рых обеспечивается безопасность движения. В результате расчетов получены данные, учитывающие наиболее неблагоприятное сочетание взаимодействующих частей колеса и рельса.

■ б. Экспериментально обоснована возможность ремонта рельсов с дефектами II в пути.

Для этой цели наиболее приемлема газопорошковая наплавка железо-никелевым сплавом марки ПГ-Ж14, обеспечивающая высокое качество наплавленного металла при максималь ной глубине вышлифованных дефектных мест до 15 мм. Разработана и апробирована технология, отличающаяся высокой эффективностью и экономичностью по сравнению с одиночной замены рельса. Отремонтированные рельсы обладают с луж. е б ныли свойствами на уровне старогодных и могут эксплуатироваться до пропуска нормативного тоннажа.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИЙ ОПУБЛИКОВАНО В СЛЕДУЮЩХ

РАБОТАХ:

1. Ходырев ПЛ. Установление допустимых размеров выкрашиваний рабочей грани головки рельсов и продление срока их службы // Тез.докл.ХП н.-т.конф.ИрИИТа - 1987. 2 С.32-34.

2. Ходырев С,А., Тырин В.П. Оценка напряженного состояния рельсов, имеющих продольную трещину в головке //Тез.докл.ХХХУ н.-т. конф. Хабаровск, 1989. С. 176-178.

3. Крысанов Л.Г., Ходырев С.А. Критерии установления скоростей двияения по дефектным рельсам /Иркутский ин-т инженеров ж.-д. трансп. Иркутск, 1990. 8 С. Деп. в ЩИИТЭИ ЫПС 15.02.90,

№ 5171.

4. Ходырев Ю.А. Особенности расчета вкатывания гребня колеса на рельс, имеющий выщербины на поверхности катания /Иркутский ин-т инженеров ж.-д. трансп. Иркутск, 1990. 14 С. Деп. в ВДИИТЭИ МПС 15.02.90, № 5172.

5. Ходырев Ю.А., Дьяконов В.Н., Рейхарт В.А. Испытания рельсов с контактно-усталостными повреядениями //Тез. докл. ХУ н.-т. конф. Иркутск, 1990. С.

6. Ходырев Ю.А., Рейхарт В.Н., Берзин М.Ы. Определение возможнос-.ти ремонта рельсов с дефектами II.1-2 методом наплавки. /Дез.

докл. ХУ н.-т. конф. Иркутск 1990. С.

7. Берзин М.М., Рейхарт В.А., Ходырев Ю.А., Пурехов А.Н., Бабурина И.А. Изучение возможности восстановления рельсов с выщербинами на боковой рабочей грани наплавкой //Вестник ВНИИЖТ. -199I. - W7. -С. 26-30.

8. Ходырев Ю.А., Берзин М.М., Клепиков A.C. Разработка технологии газопорошковой наплавки рабочей выкруаки рельсов. //Тез.докл.

н.-т. конф. Новосибирск, 1991. С.45.

9. Ходырев Ю.А., Крысанов Л.Г. Уровень изъятия рельсов по дефекту II на полигонах с различной грузонапряженностью.//Тез.докл. Иркутск 1993. С. 48.

Отпечатано в Глазковской тпографии Заказ № О Тираж __