автореферат диссертации по транспорту, 05.22.06, диссертация на тему:Влияние параметров рельсовой колеи на износ рельсов в кривых

с"- ^

NN %

На правах рукописи

ОС.ТАШКО Ирина Александровна

ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ РЕЛЬСОВОЙ КОЛЕИ НА ИЗНОС РЕЛЬСОВ В КРИВЫХ

Специальность 05.22.06 — Железнодорожный путь

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск 1997

Работа выполнена в Сибирской государственной академии путей сообщения.

Научный руководитель — доктор технических наук, профессор, академик АТР

Н.И. Карпущенко

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор

В. О. Певзнер

Кандидат технических наук, доцент

B.C. Матвиенко

Ведущая организация — Западно-Сибирская железная дорога.

Защита состоится " ^ " 1997 года в часов на

заседании диссертационного сонета К.114.02.02 в Сибирской государственной академии путей сообщения по.адресу;

630023, Новосибирск, ул. Д. Ковальчук, 191.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Сибирской государственной академии путей сообщения.

Автореферат разослан февраля 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

В.А. Грииценко

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Кривые участки пути занимают сравнительно небольшую протяженность общей сети железных дорог России — около 30 %. Несмотря на это они постоянно являются объектом пристального внимания специалистов. Связано это с тем, что повышенное воздействие подвижного состава на путь в кривых вызывает более интенсивный износ элементов верхнего строения пути и бандажей колес подвижного состава, повреждения рельсов, расстройства пути.

За последние двадцать пять лет наблюдалось несколько вспышек интенсивности бокового износа рельсов и гребней колес. Если в 70-е годы это можно было объяснить повышением массы поездов и мощности локомотивов, ростом грузоперевозок, то подобное явление в конце 80-х — начале 90-х годов, характерных падением грузооборота и снижением массы поездов, труднообъяснимо.

В настоящее время бытуют различные мнения по этому вопросу. Катастрофический рост бокового износа объясняется с одной стороны неудовлетворительным содержанием пути (избыточным возвышением наружного рельса, сужением колеи), с другой — изменениями в устройстве тележек грузовых вагонов. Однако сложность процессов, происходящих при взаимодействии пути и подвижного состава, требует комплексного рассмотрения этого явления с учетом широкого спектра факторов, оказывающих влияние на систему колесо — рельс.

Цель работы. Целью работы является установление влияния параметров рельсовой колеи на интенсивность износа рельсов в кривых и разработка предложений по продлению срока службы рельсов.

В соответствии с поставленной келью в диссертации решались следующие задачи:

— изучение основных факторов, влияющих на интенсивность износа рельсов в кривых;

— анализ влияния параметров рельсовой колеи и ходовых частей подвижного состава на интенсивность износа рельсов и колес с ранжированием их по степени влияния на основе исследований математической модели износа;

— экспериментальное исследование износа при различных параметрах рельсовой колеи;

— оптимизация расчетов средневзвешенной скорости и возвышения наружного рельса в кривых;

— рассмотрение возможностей снижения интенсивности износа в кривых малых радиусов.

Научная новизна. Выявлены основные факторы, определяющие боковой износ рельсов в кривых, получены эмпирические зависимости интенсивности износа от этих факторов; разработана методика расчета средневзвешенной скорости движения поездов на основании данных журналов дежурных по станциям; предложены меры по снижению интенсивности износа рельсов в кривых малых радиусов.

Практическая ценность. Получены закономерности влияния параметров рельсовой колеи, качества рельсов и эксплуатационных факторов на интенсивность износа рельсов в кривых.

Даны предложения по рационализации параметров рельсовой колеи в различных эксплуатационных условиях, позволяющие продлить срок службы рельсов и повысить безопасность движения поездов.

Реализация исследований. Рекомендации по рационализации параметров рельсовой колеи в кривых, определению средневзвешенных скоростей движения поездов приняты для практического использования на Западно-Сибирской и Кемеровской железных дорогах.

Апробация работы. Основное содержание работы, а также ее отдельные материалы были доложены и обсуждены

— на научно-техническом совете службы пути ЗападноСибирской железной дороги (Новосибирск, 1995 г.);

— на заседаниях кафедры «Путь и путевое хозяйство» СГАПС (Новосибирск, 1993-1996 гг.).

Публикации. Основные материалы диссертации содержатся в 3 печатных работах, опубликованных в трудах СГАПС и журнале «Путь и путевое хозяйство».

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованной литературы.

Материал диссертации изложен на 167 страницах машинописного текста, иллюстрированного 64 рисунками и 35 таблицами. Список литературы включает 109 наименований.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель работы, а также изложены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе дан обзор существующих научных исследований влияния различных факторов на износ рельсов.

Явление износа еще в конце прошлого века привлекало внимание ученых. Вопрос об удельном износе и сроках службы рельсов, как один из наиболее актуальных вопросов железнодорожной науки, рассматривался Рельсовой комиссией и Русским техническим обществом.

В первой половике нашего столетия изучение явления износа рельсов и его причин выполнялось в основном методом систематического наблюдения за его развитием на участках пути с различными условиями эксплуатации.

Несколько позже, в 70-е годы, к решению этой проблемы был привлечен теоретический анализ изнашивающего воздействия колес локомотивов и вагонов. Огромный вклад в изучение процесса износа рельсов внесли С.М.Андриевский , О.Н.Ускова,

A.Ф.Золотарский, А.И.Скаков, П.Г.Козийчук, Н.П.Щапов, П.П.Цуканов, Г.М.Шахунянц, Л.П.Мелентьев, А.Я.Коган,

B.М.Богданов, Ю.М.Лужнов, В.А.Молодиков, А.К.Шафранов-ский, Н.И.Карпущенко, В.О.Певзнер, Г.Г.Ядрошникова и др.

В последнее десятилетие боковой износ рельсов в кривых малых радиусов достиг устрашающих размеров. Объяснение этому некоторые находят в переводе тележек грузовых вагонов с подшипников скольжения на подшипники качения. Во-первых, при этом была изменена форма корпусов букс, что существенно увеличило угол набегания колесной пары на рельсы. Во-вторых, при использовании подшипников качения исключается разбрызгивание смазки на рельсы. Все это превращает колесные пары в «износный инструмент». Такого мнения придерживаются Д.П.Сливец и Л.О.Грачева.

А.П.Буйносов интенсивный износ рельсов и гребней колес подвижного состава объясняет переходом на колею шириной 1520 мм вместо 1524 мм. Однако попытки уменьшить интенсивность бокового износа рельсов в кривых радиусом 300 м на Забайкальской железной дороге путем увеличения ширины колеи до 1540 мм к успеху не привели.

Исследованием влияния возвышения наружного рельса на износ занимались О.П.Ершков, Л.П.Мелентьев, С.А.Линева, Н.Ф.Митин, М.С.Яхов, В.С.Лыскж и др. Здесь мнения разделились. Одни считают, что избыток возвышения увеличивает интенсивность износа, другие, наоборот, отмечают его положительное влияние.

Исследования взаимозависимости между подуклонкой и износом рельсов проводились в течение нескольких лет кафедрой «Путь и путевое хозяйство» СГАПС (НИИЖТ), при этом использовались как теоретические, так и экспериментальные методы. По результатам исследований был сделан следующий вывод: увеличение подуклонки рельсов до 1/15—1/12 позволяет снизить интенсивность износа в 1,2—1,5 раза особенно в начальный период эксплуатации.

Вторая глава содержит теоретическую оценку влияния особенностей силового воздействия и контактирования колес подвижного состава и рельсов; состояния ходовых частей вагонов и локомотивов; параметров рельсовой колеи на износ рельсов.

Исходя из представления о молекулярно-механической природе трения и износа, а также с учетом условий эксплуатации пути разработана математическая модель оценки интенсивности бокового износа рельсов. Для оценки влияния параметров колеи и ходовых частей подвижного состава на износ рельсов принят так называемый фактор износа

^ да7

• а)

СУ

где ф — фактор износа; N — нормальное давление в точке контакта гребня набегающего колеса и рельса; / — коэффициент трения; СУ — площадь контакта гребня колеса и рельса.

Нормальное давлелше в точке контакта гребня колеса с рельсом с учетом силы трения fN составит

N=—-■ (2)

SU1 у — J cos у

где i/j — направляющее усилие, действующее на первую ось тележки; у — угол наклона рабочей поверхности гребня колеса к горизонту.

Относительное скольжение колеса по рельсу определялось из условия их взаимодействия при движении экипажа по круговой кривой. Абсолютная скорость перемещения точек контакта находится как сумма их переносной скорости во вращательном движении экипажа вокруг оси, проходящей через центр кривой и относительной во вращательном движении колеса в раме тележки вокруг его оси.

Качение колеса локомотива или моторвагонного подвижного состава по рельсу сопровождается скольжением, вызванным действием крутящего момента. Возникающие в контакте колеса и рельса касательные силы, упругие пока величина их не достигнет размера сил сухого трения Т = Р/0 . Здесь Р — вертикальное давление колеса на рельс. Относительное продольное скольжение колеса по рельсу определялось по зависимостям, полученным профессором С.М.Андриевским в функции доли предельного окружного усилия ^

Относительное продольное скольжение точки О на гребне колеса в этом случае составит

Здесь 50 — расстояние между осями рельсов; Я — радиус кривой; гн и гв — радиусы колес, катящихся по наружной и внутренней нитям; — полюсное расстояние первой оси колесной пары; а — коэффициент скольжения колес, при действии на них окружных усилий.

Для определения поперечных сил уг передаваемых подвижным составом на рельсы, был использован аналитический метод вписывания экипажей в кривые, разработанный доктором технических наук О.П.Ершковым. Направляющие усилия и угол набегания колеса на рельс в этом методе определяются как функция непогашенного центробежного ускорения.

При определении направляющих усилий и полюсных расстояний (углов набегания колеса на рельсы) учитывались также осевые нагрузки, моменты трения в опорных устройствах вагонов и локомотивов, продольные силы тяги и торможения, передающиеся через автосцепки.

Обобщение имеющихся данных по контактированию гребней , колес с рельсами позволило получить зависимости для опреде-

[V =

П1

(1+1ЙЧ

2

и г^Ясозу

ления глубины касания а и площади пятна контакта гребня колеса с боковой гранью рельса с в зависимости от величины износа колес и рельсов.

По разработанному алгоритму была составлена программа расчета на ЭВМ интенсивности бокового износа в зависимости от изменения параметров рельсовой колеи и ходовых частей подвижного состава. Анализ расчетов показал, что по мере роста непогашенного центробежного ускорения и скорости движения поездов интенсивность износа повышается, а по мере увеличения возвышения наружного рельса — понижается. Однако влияние параметров колеи на интенсивность износа не велико. При снижении непогашенного ускорения на 0,3 м/с2 интенсивность бокового износа рельсов колесами вагонов и локомотивов уменьшается на 10 %. Падение непогашенного ускорения на 0,3 м/с2 достигается увеличением возвышения наружного рельса на 50 мм или снижением скорости движения поездов на 34 км/ч в кривых радиусом 300 м.

Более существенных результатов по уменьшению интенсивности бокового износа рельсов можно достичь за счет уменьшения глубины касания гребнем колеса боковой грани рельса. Так при уменьшении глубины с 10 до 5 мм интенсивность износа становится меньше на 16—37 % при воздействии вагонных колес и на 9—14 % при воздействии локомотивных. Уменьшения глубины касания можно добиться увеличением подуклонки рельсов с 1/20 до 1/12. Однако эффект будет временным, так как по мере нарастания бокового износа глубина касания возрастает и интенсивность износа повышается. Уширение колеи в кривых практически не снижает интенсивность износа рельсов.

Ощутимых результатов по предупреждению интенсивного износа рельсов и колес можно добиться при поддержании параметров ходовых частей в допустимых пределах. Особенно заметно на интенсивность износа влияет увеличение угла наклона рабочих граней гребней колес и моментов трения в опорных устройствах кузова и тележки вагона и электровоза.

Резко увеличивается интенсивность износа колес и рельсов при достижении касательной силы тяги или торможения на ободе колеса электровоза 80 % от предела по сцеплению. Объяснить это можно нелинейным характером зависимости величины скольжения от

касательной силы тяги или торможения согласно исследованиям С.М.Андриевского, С.М.Куценко и других авторов. Это же подтверждают натурные наблюдения за износом рельсов. На подъемах и спусках в кривых одинакового радиуса интенсивность износа в несколько раз выше, чем на площадках.

В третьей главе проведено экспериментальное исследование влияния параметров рельсовой колеи на интенсивность износа рельсов.

За период с августа 1994 по май 1996 автором велись наблюдения за состоянием кривых и износом рельсов на нескольких опытных участках Западно-Сибирской железной дороги (Болотнинская и Тогучинская дистанции пути).

Верхнее строение пути кривых Болотнинской дистанции имеет рельсы типов Р75 и Р65, деревянные шпалы и асбестовый балластный слой. На Тогучинской дистанции уложены рельсы типа Р65, деревянные шпалы, щебеночный и асбестовый балласт. На некоторых кривых выполнена разрядка деревянных шпал железобетонными. Грузонапряженность первого участка 55 млн т. км брутто/км в год, второго — 44 млн т. км брутто/ км в год.

Наблюдения сопровождались измерениями параметров рельсовой колеи п кривых, таких как возвышение наружного рельса, ширина колеи, стрелы изгиба, а также бокового и вертикального износа рельсов. Опытные данные представлены в табл. 1 и 2.

Средние значения износа в пределах круговой кривой отнесены к 100 млн т брутто. Полученная интенсивность износа использовалась в дальнейших расчетах как функция износа.

После первичной обработки опытных данных обнаружилось, что величины бокового износа в некоторых кривых значительно превышают аналогичные значения в кривых со сходными параметрами и скоростями движения. Для выяснения причин этого явления были проведены измерения твердости рельсов. Анализ результатов позволил сделать вывод о том, что в кривых с несоизмеримо большим износом лежат закаленные рельсы первого класса, а в остальных кривых — второго класса. Средний удельный износ при переходе от закаленных рельсов первого класса к закаленным рельсам второго класса увеличивается в 1,5-2 раза. Этим и объясняется более интенсивный износ рельсов в некоторых кривых.

В дальнейшем опытные данные были подвергнуты регрессионному анализу. Рассматривались зависимости интенсивности износа от радиуса кривой, возвышения наружного рельса, ширины колеи и непогашенного ускорения. Расчеты велись отдельно для каждой дистанции пути и состояли в подборе вида регрессии, определении ее коэффициентов, вычислении коэффициентов парной корреляции и среднеквадратического отклонения экспериментальных точек от линии регрессии.

Анализ результатов статистической обработки опытных данных показал, что наибольшее влияние на интенсивность бокового износа рельсов оказывает радиус кривых (рис. 1).

Таблица 1

Параметры кривых и интенсивность износа рельсов на опытных участках Болотнинской дистанции пути

Номер кривой Радиус кривой R, м Возвышение наружн. рельса h, мм Ширина колеи в, м Непогашенное ускорение а. м/с2 Интенсивность износа, мм/100 мгн т

бокового (наружн. нить) вертикального (наружн. нить) вертикального (енутр. нить) полусумма вертикальных

1 588 89 1,526 -0,223 0,51 1,02 1,39 1,20

2 1923 68 1,528 -0,319 0,09 1,11 1,13 1,12

3 602 73 1,532 -0,138 3,33 1,58 1,50 1,54

4 595 73 1,526 -0,105 1,05 0,71 1,08 0,89

5 1282 41 1,527 -0,080 0,42 0,76 0,78 0,77

6 610 74 1,528 -0,061 0,88 0,71 0,78 0,75

7 568 43 1,525 0,210 1,04 0,69 0,82 0,75

8 601 66 1,523 0,042 1,60 1,09 0,97 1,03

9 499 100 1,532 -0,075 4,15 0,44 1,01 0,72

10 472 100 1,538 -0,098 0,71 0,51 0,95 0,73

11 505 71 1,534 0,0002 1,06 0,35 0,67 0,51

12 575 70 1,530 -0,098 0,31 0,66 0,67 0,66

13 591 74 1,529 0,0009 1,75 0,29 0,42 0,35

14 526 103 1,520 -0,143 0,59 0,81 1,18 0,99

Так на Тогучинской дистанции пути, где преобладают кривые радиусом 350...400 м, боковой износ рельсов в 7 раз интенсивнее, чем на Болотнинской дистанции, где преобладают кривые радиусом 500...600 м.

Другим важнейшим фактором, оказывающим влияние на интенсивность бокового износа рельсов, является величина непогашенного центробежного ускорения. Из рис. 2 видно, что при увеличении непогашенного ускорения на 0,5 м/с2, интенсивность бокового износа возрастает в 3 раза.

Положительный эффект на снижение интенсивности износа оказывает увеличение возвышения наружного рельса.

Таблица 2

Параметры кривых и интенсивность износа рельсов на опытных участках Тогучинской дистанции пути

Номер кривой Радиус кривой Я, м Возоы-шение наружи, рельса Ь, мм Ширина колеи 5, м Непогашенное ускорение а. и/с2 Интенсивность износа. мм/IOQ млн т

бокового (наружи, нить) вертикального (наружн. нить) вертикального (анутр. нить) полусумма вертикальных

1 403 68 1,526 -0,196 6,98 0,91 3,06 1,98

2 403 72 1,527 -0,220 14,07 0,61 3,36 1,99

3 355 82 1,529 -0,251 6,10 0,84 1,99 1,41

4 394 68 1,527 -0,276 6,16 0,87 3,67 2,27

5 612 64 1,524 -0,247 1,70 1,49 1,88 1,68

6 388 131 1,534 -0,578 3,23 0,78 0,98 0,88

7 382 101 1,537 -0,315 3,34 0,67 0,13 0,40

9 345 116 1,537 -0,299 4,23 0,45 1,09 0,77

9 391 67 1,536 -0,138 7,01 1,11 0,26 0,68

10 397 107 1,534 -0,420 9,09 1,30 2,01 1,66

11 382 71 1,533 -0,221 7,28 1,04 2,01 1,52

12 386 72 1,535 -0,168 10,08 0,66 1,25 0,96

13 348 80 1,533 -0,187 10,25 0,33 1,07 0,70

14 413 82 1,537 -0,247 11,40 0,26 0,96 0,60

15 362, 87 1,531 -0,242 10,41 0,17 1,70 0,33

16 612 70 1,525 -0,257 6,79 0,45 1,43 0,94

150 525

Радиус кривой

Рис. 1. Интенсивность бокового износа рельсов наружной нити в зависимости от радиуса кривой

При изменении величины возвышения с 40 до 130 мм, что соответствует снижению непогашенного ускорения на 0,55 г/с2, интенсивность бокового износа наружного рельса снижается более, чем в 3 раза.

В последнее время у части путейцев утвердились представления о недостаточности ширины колеи в кривых. В соответствии с этими представлениями, переход от колеи 1524 мм к колее 1520 мм и распространение длиннобазного локомотива ВА10 привело к ухудшению условий вписывания, а, следовательно, и к резкому росту интенсивности бокового износа. Однако при визуальном осмотре всех опытных кривых следов касания гребнями боковых граней внутреннего рельса обна-5 ружено не было. Следовательно существующая ширина колеи обеспечивает свободное вписывание в кривые для всех локомотивов. Кроме того незначительность влияния ширины колеи на интенсивность бокового износа рельсов очевидна по слабому наклону линии регрессии и чрезвычайно малому коэффициенту корреляции. В диапазоне изменения ширины колеи 1520... 1540 мм интенсивность износа снижается всего на 5%.

Влияние подуклонки рельсов на износ исследовалось в трех кривых Тогучинской дистанции пути. В этих кривых снимался

-о. г> -0. ) 5 -0.05 0.05 непогашенное ускорение

0. 15 м/сг

Рис. 2. Интенсивность бокового износа рельсов наружной нити в зависимости от непогашенного ускорения

профиль головки наружного рельса и углы наклона подошв наружного и внутреннего рельсов. По полученным профилям головок рельсов были определены следующие параметры: радиус скругления головки рельса и углы наклона поверхности катания и боковой грани (табл. 3).

Таблица 3

Статистические характеристики параметров исследованных кривых (для наружного рельса)

Стат. хара-ктери-стики Номер кривой Радиус кривой, м Возвышение, мм Износ, мм Радиус скругления головки, мм Угол наклона, градусы Подуклон'<а

бок. вер. бок. грани пое. катаний подошвы головки

Среднее значение 1 403 76,2 3,4 0,9 16,4 69,1 3.2 1/67 1/14

3 355 81,3 3,0 0,5 17,1 70,2 10,0 1/1910 1/6

14 413 83,6 4,6 0.5 17,6 67,3 5,6 1/22 1/7

Ср. ка. отклонение 1 403 1.92 0,97 0,39 3,74 3.79 3,42 1/78 1/16

3 355 2.18 0,76 0,36 3,72 2.49 3,08 1/69 1/20

14 413 3,75 1,23 0.41 4,22 2,78 2,40 1/119 1/24

Анализ профилей головок рельсов позволил сделать вывод о том, что в начальный период эксплуатации боковая рабочая грань прирабатывается под профиль локомотивного колеса — угол наклона боковой грани находится в пределах 68...70 градусов, что приблизительно равно углу наклона гребня локомотивного колеса. Такая приработка сопровождается интенсивным боковым износом рельсов — 3...5 мм после пропуска 35 млн т брутто. Снизить интенсивность износа в этот период можно установкой рельсов при их укладке с подук-

лонкой 1/12...1/14.

Четвертая глава диссертации посвящена оптимизации методики определения средневзвешенной скорости и возвышения наружного рельса.

В настоящее время возвышение наружного рельса рассчитывается из условия равномерного износа рельсов обеих нитей по формуле

V2

к = 12,5-^4 (4)

Л

где — средневзвешенная скорость движения поездов, км/ч;

Я — радиус кривой, м.

По существующей методике средневзвешенная скорость определяется следующим образом

„2 УN.QV2

V = -- ' . (5)

ср°3 X ^Д

где N. , <3. и V. — соответственно количество, вес и скорость движения поездов 1-ой категории.

В реальных условиях определение V и чрезвычайно трудоемко, поэтому имеет смысл упрощение расчетов путем привязки к более доступным значениям скоростей.

С целью сравнительного анализа различных вариантов для нескольких кривых Болотнинской и Тогучинской дистанций пути была собрана информация о скоростях движения поездов в кривых.

В качестве наиболее точного источника были использованы скоростемерные ленты локомотивов. В результате расшифровки получены значения скоростей и весов всех поездов, прошедших по наблюдаемым кривым в течение семи дней отдельно для каждой категории поездов, в последствии были рассчитаны средние и средневзвешенные скорости движения поездов. Средневзвешенные значения скоростей незначительно (не более чем на 5 %) отличаются от средних, поэтому п дальнейших расчетах использовались средние скорости движения:

В связи с тем, что наиболее массовыми экипажами являются грузовые поезда, сравнительный анализ проведен для этой категории поездов.

В качестве альтернативных источников реальных скоростей взяты Приказ начальника дороги об установлении допускаемых скоростей движения; журналы дежурных по станциям, ограничивающим перегон; расписание движения поездов; тяговые расчеты и приближенные зависимости скорости от уклона.

Для привязки более доступных данных к реальным значениям скоростей определены переводные коэффициенты, средние значения которых занесены в табл. 4.

Таблица 4

Средние переводные коэффициенты

Дистанция Профиль Средние переводные коэффициенты

г V V/ К. - — К. п V К, = V V К. = — 1 V

Болотнинская подъемы 0,62 0,84 0,79 0,75 1,00

спуски 0,74 0,91 0,75 0,81 1,07

Тогучинская подъемы 0,68 0,87 - 0,68 0,97

Примечание к таблице 4:

V — скорость, полученная в результате расшифровки скоростсмер-ных лент локомотивов;

V — максимальная скорость движения поездов из Приказа начальника дороги;

— скорость, рассчитанная по среднему поперегонному времени хода поездов;

V —- скорость, полученная в результате тяговых расчетов;

V -— скорость, взятая из расписания движения поездов;

V11 — скорость, полученная на основе приближенных зависимостей от уклона.

Анализ табл. 4 показывает, что использование тяговых расчетов для получения средневзвешенных скоростей движения поездов дает завышенные на 20...25 % результаты. Для получения достоверных данных о средневзвешенных скоростях движения поездов лучше всего использовать журналы дежурных по стлчциям, ограничивающим перегон, где находится кривая, или расписание движения для соответствующих к-пего-. рий поездов.

Как упоминалось ранее, после расшифровки лент локомотивных скоростемеров, был сделан вывод о незначительном отличии средневзвешенных скоростей от средних. В связи с этим1 необходимо было определить степень и характер влияния весов' грузовых поездов на скорости движения по кривым. Выборочные данные оценивались четырнадцатью регрессионными уравнениями.

Результаты расчета показали полное отсутствие связи между скоростью и весом поезда. Коэффициенты корреляции для большинства зависимостей не превышают 0,1, причем максимальное значение менее 0,5. Точки располагаются хаотично, трудно отметить даже направленность функции.

Так как скорость движения практически не зависит от веса поезда, приведенную скорость для определения возвышения наружного рельса можно определять по формуле

V1 - ^ ' 4,1 % - ^ N¡ • (6)

где N. и V\ — количество поездов и квадраты средних ходовых

скоростей поездов соответствующих категорий.

Если кривая находится на затяжном подъеме кр>тизной

6...12 %о или перед станцией, полученное значение V нужно

взять с коэффициентом 0,9, а ее квадрат V'2 — с коэффициентом 0,8.

Базовая величина возвышения наружного рельса тогда будет определяться по формуле

V

2

К = 12,5 ~. (7)

К

Для кривых с Я < 400 м полученную по формуле (7) величину возвышения необходимо увеличить на 20 %. Этот незначительный избыток возвышения окажет положительный эффект на увеличение срока службы рельсов.

Откорректированная величина базового возвышения проверяется по условию непревышения допустимых значений непогашенных ускорений (для пассажирских поездов [ан] = 0,7 м/с2, для грузовых поездов [ан] = 0,3 м/с2).

Меры, предложенные в данной работе (оптимизация расчетов возвышения наружного рельса), позволят отменить длительные предупреждения об ограничении скоростей движения в кривых. Расчет экономической эффективности ликвидации предупреждений о снижении скорости, вызванных недостаточностью возвышения наружного рельса, выполненный для участка Карбышеве — Новосибирск Западно-Сибирской железной дороги, показал, что отмена предупреждений на рассматриваемом участке за год даст экономию в сумме 3,1 млрд р.

Заключение

Обобщение результатов теоретических исследований математических моделей взаимодействи;: колеса и рельса на ЭВМ и наблюдений за износом рельсов в 30 кривых Западно-Сибирской железной дороги позволили сделать следующие выводы и предложения.

1. Анализ результатов расчетов на ЭВМ интенсивности износа рельсов с использованием разработанной в СГАПС модели показал, что по мере роста непогашенного центробежного ускорения интенсивность бокового износа рельсов возрастает, а по мере роста возвышения наружного рельса — падает. Однако влияние параметров рельсовой колеи на интенсивность износа не велико. Увеличение ширины колеи в кривых также практически не дает эффекта по снижению интенсивности износа рельсов.

Более значительных результатов по снижению интенсивности износа рельсов и колес можно добиться при поддержании параметров ходовых частей подвижного состава в допустимых пределах. Особенно заметное влияние на интенсивность износа оказывает увеличение угла наклона рабочих граней гребней колес и моментов трения в опорных устройствах кузова и тележек вагонов и локомотивов.

Резкое (в несколько раз) возрастание интенсивности износа колес и рельсов происходит при достижении касательной силы тяги или торможения на ободе колеса электровоза 80 % от предела по сцеплению. В связи с этим для1 снижения интенсивности скольженм и износа колес электровозов и рельсов при составлении режимных карт необходимо ставить задачу по ограничению тяговой и тормозной нагрузки на локомотив 0,8 предела по сцеплению. Кроме того желательно ограничить применение песка в кривых, наладив учет его расхода и стимулирование локомотивных бригад за его экономию.

2. Результаты наблюдений за износом рельсов в 30 кривых Болотнинской и Тогучинской дистанций пути подтверждают качественную картину, полученную на основе математической модели.

Основным фактором, влияющим на интенсивность износа рельсов, является радиус кривых. Избыточное возвышение

оказывает положительное влияние на снижение интенсивности износа. Получены убедительные данные о том, что ширина колеи в пределах от 1520 мм до 1540 мм не оказывает существенного влияния на боковой износ рельсов. Боковой износ на внутренних нитях отсутствует. На большинстве рабочих граней внутренних нитей кривых радиусом 600 м и менее отсутствуют даже следы касания гребней колес. Поэтому утверждения о недостатке ширины колеи в кривых не имеют под собой никаких оснований.

В начальный период эксплуатации боковая рабочая грань рельса прирабатывается под профиль локомотивного колеса. Такая приработка сопровождается интенсивным боковым износом рельсов — 3...5 мм после пропуска 35 млн т брутто. Снизить интенсивность износа в этот период можно установкой рельсов с подуклонкой 1/12...1/14.

3. Важнейшим фактором, влияющим на износостойкость рельсов, является их твердость. Так на опытных кривых с рельсами первого класса (347 НВ) интенсивность бокового износа рельсов ниже в 2 раза, чем на кривых с рельсами второго класса (315 НВ). В связи с этим рекомендуется укладывать в кривые малого радиуса по наружным нитям рельсы первого сорта и первой группы качества с твердостью не менее 350 единиц по Бринеллю.

4. Расшифровка скоростемерных лент локомотивов и корреляционный анализ результатов расшифровки показали, что скорость движения поездов на опытных кривых не зависит от их веса, поэтому при определении приведенных скоростей для расчета возвышения наружного рельса можно не учитывать вес поезда. Для расчета приведенных скоростей можно использовать средние ходовые поперегонные скорости поездов, полученные из журналов дежурных по станциям, ограничивающим перегон, где находится кривая, или из расписания движения поездов соответствующих категорий.

В кривых радиусом менее 400 м базовую величину возвышения необходимо увеличить на 20 %. Такая величина избытка окажет положительный эффект на увеличение срока службы рельсов.

Корректировка базовой величины возвышения производится из условия непревышения допускаемых величин непогашенных

ускорений для пассажирских поездов 0,7 м/с2, для грузовых — 0,3 м/с2.

5. Как показали исследования основным фактором, определяющим интенсивность износа колес подвижного состава и рельсов, является затрудненное вписывание экипажей в кривые малого радиуса на перегонах и станциях в отсутствии смазки в точках контакта. Поэтому основным направлением снижения интенсивности износа должно быть резкое снижение коэффициента трения скольжения гребня колеса по боковой поверхности головки рельса за счет широкого применения технических средств лубрикации.

6. В целях более рационального использования рельсов, уложенных в кривых малых радиусов, рекомендуется по достижении ими нормативного бокового износа повторное использование их в прямых участках пути. При этом укладывать такие рельсы следует неизношенной боковой гранью внутрь колеи. Кроме того при первоначальной укладке рельсов в кривые следует отказаться от применения приварных рельсовых соединителей, так как грань головки рельса, на которую они устанавливаются, при повторном использовании будет рабочей.

Основные положения диссертации изложены в следующих работах

1. Карпущенко Н.И., Остатка И.А. Параметры колеи и износ рельсов // Путь и путевое хозяйстзо. 1996 № 8. С. 6~7.

2. Карпущенко H.H., Осташко И.А. Методика определения средневзвешенной скорости для расчета возвышения наружного рельса // Путь и путевое хозяйство. 1997. № 1.

С. 14-15.

3. Износ рельсов и колес подвижного состава / Под ред. К.Л. Комарова, Н.И. Карпущенко. Новосибирск: Изд-во СГАПС, 1997. Разд. 2, 5 (в соавторстве). 179 с.