Начиная с 1996 года по 2009 год, отмечается значительное снижение проявлений дефектов в пути. Это можно проследить на графиках представленных на Рис. 4.1 - 4.3.

Рис 4.1 Количество дефектных и остродефектных рельсов по годам на Гор. ж.д.



Рис. 4.2. Количество дефектных и остродефектных рельсов по годам на сети дорог РФ



Рис. 4.3. Количество изломов рельсов в пути под поездами по годам

4.1 Анализ статистических данных по дефектным и остродефектным рельсам

Приведенные ранее статистические данные о количестве дефектных и остродефектных рельсов, дают возможность утверждать, что большинство возникающих дефектов в головке рельсов имеют контактно-усталостное происхождение. К дефектам в головке рельса принадлежат дефекты первой, второй, третьей и четвёртой групп, число которых в сумме составляет 90-92% от всего числа дефектов рельсов.

Основываясь на классификацию существующей нормативно-технической документации (НТД/ЦП-93), существующие дефекты по коду 10, 11, 21, 30, 44 и др. относятся к дефектам металлургического производства. Количество дефектов по коду 11 за последние годы достигло 4-5 тысяч штук, по коду 21 выход рельсов составил 11-16 тысяч рельсов. Количество дефектов по коду 10 ежегодно варьирует в пределах 10-13 тысяч штук, что несомненно приближено к выходу рельсов по коду 30, так же в пределах 10-11тысяч штук. Такое соотношение говорит о неправильной классификации данного вида дефектов.

Что же касается изломов рельсов в пути по заводским причинам, то их количество очень незначительно, 1-2 излома. Этот показатель говорит о высоком металлургическом качестве рельсовой стали. Данный факт подтверждает и статистика дефектов по кодам 20, 40, 50, 60 годовое количество которых на сети дорог РФ варьируется в пределах 100-200 рельсов.

Исследование, проведенные на Горьковской железной дороге специалистами НИЦ-ПУТЬ дают основания считать большинство дефектов в головке рельса дефектами контактно-усталостного происхождения.

Усталость рельсовой стали следует рассматривать, как свойство стали к трещинообразованию при воздействии дополнительных нагрузок и перегрузок.

4.2 Причины резкого увеличения количества дефектных и остродефектных рельсов в пути

На железных дорогах Российской Федерации в начале 90-х годов прошлого века столкнулись с одной из проблем путевого хозяйства, резкого увеличения выхода дефектных и остродефектных рельсов в пути. Максимальное количество такого выхода приходится на 1995 год (Рис. 2). Такой резкий выход рельсов происходило при значительном снижении грузонапряженности железнодорожных линий и снижении общего грузооборота. Так максимальное количество изъятия рельсов в 1995 году составило 157834 тысячи штук.

Основной причиной резкого увеличения количества дефектных и остродефектных рельсов в пути, а также интенсивности бокового износа, подрезки гребней колес подвижного состава явилось сверхнормативное заужение ширины рельсовой колеи составлявшее 1510-1508 мм и менее.

Причиной заужение послужил норматив, оговоренный в ГОСТе 10629-88 «Шпалы железобетонные предварительно напряженные для железных дорог колеи 1520 мм». Данные шпалы имели отклонения в сторону заужения по колеюобразующим размерам.

При таком сверхнормативном заужение, а также отклонениях элементов рельсошпальной решетки, происходит интенсивная подрезка боковой грани рельса и гребня колеса со значительной их перегрузкой и перенапряжением, так же рельс испытывает продольное кручение с поперечным смещением головки рельса ±3-8 мм. Когда головка рельса под нагрузкой упирается (соударяется) с гребнем колеса подвижного состава, в элементах взаимодействия возникают локальные усилия перегрузки, что создает условия для зарождения и развития усталостных дефектов.

По предложения НИЦ-ПУТЬ данный гост был отменен в 1996 году и заменен ТУ 5864-024-11337151-96, где колеюобразующие размеры были скорректированы в сторону уширения рельсовой колеи, также была введена лубрикация и шлифовка рельсов.

Имели место и другие причины, влияющие на взаимодействие пути и подвижного состава, относящиеся непосредственно к технической части последнего, введение в эксплуатацию тяжеловесных и длинносоставных поездов, увеличение статнагрузки и многое другое.

Следовательно, отступления в параметрах рельсовой колеи оказывают существенное влияние на характер взаимодействия пути и подвижного состава и на условия зарождения и развития дефектов в рельсах.

Рис.4.2.1 2 путь 465км пк 9 - рис.21.2

4.3 ПРИРОДА ДЕФЕКТОВ ПО НТД/ЦП-93 И НТД/ЦП - НИЦ-ПУТЬ

Важнейшие вопросы железнодорожного транспорта, а именно, безопасность и надежность перевозочного процесса, рабочий ресурс верхнего строения пути и рельсов, и многие другие непосредственно связанны с дефектами рельсов, периодичностью неразрушающего контроля, прогнозированием и диагностикой дефектов в рельсах. Особую роль в решении перечисленных вопросов занимает классификация дефектов рельсов.

Огромный резерв ресурсосбережения в путевом хозяйстве железных дорог содержится в реальной возможности увеличения срока службы отечественных объемнозакаленных рельсов существующего качества при незначительных затратах. За счет повышения качества взаимодействия в системе "Колесо-рельс", и, прежде всего, за счет повышения качества рельсошпальной решетки, рабочий ресурс объемнозакаленных рельсов Р65 может быть увеличен при прочих равных условиях в два - три раза! Гарантированный срок службы объемнозакаленных рельсов Р65 может быть доведен до 1,0 миллиарда т.км.брутто на километр пути, причем максимальный срок службы рельсов Р65 может быть увеличен до 1,5-2,0 миллиардов т.км.брутто, без усталостных дефектов и изломов. Для этого нужно поменять механизм зарождения и развития усталостных дефектов в рельсах под поездами, повысить качество взаимодействия в системе "Колесо - рельс" за счет повышения качества рельсошпальной решетки, полностью переработать НТД/ЦП-93.

Действующая в настоящее время Нормативно - техническая документация НТД/ЦП-93, содержащая «Классификацию дефектов рельсов», «Каталог дефектов рельсов» и «Признаки дефектных и остродефектных рельсов» вызывает множество вопросов, поскольку содержит устаревшие воззрения на природу усталостных дефектов в рельсах, сложившиеся еще в ХIХ веке. Нельзя согласиться с НТД/ЦП-93, общие положения, п. 1.1, согласно которому «Рельсы в процессе эксплуатации по мере наработки тоннажа (млн.т.брутто) подвергаются повреждениям и естественному старению, приводящим к образованию в них дефектов, вызывающие отказы рельсов». Термин «старение рельсовой стали» в далеком прошлом связывали с усталостным разрушением, и еще в начале ХХ века был признан ошибочным.

Еще больше нареканий и вопросов возникает по причинам появления дефектов, изложенных в НТД/ЦП-93. Например, что такое «недостаточная контактно - усталостная прочность металла», по которым развиваются дефекты 11, 21, 30, 41 и другие? НТД/ЦП-93 отвечает «Недостаточное металлургическое качество рельсовой стали, определяющее недостаточную контактно - усталостную прочность металла», (с.15). Еще более сложно и запутанно НТД/ЦП-93 объясняет причины появления и развития дефекта 21, а именно, «Загрязнение стали высокотвердыми неметаллическими включениями вытянутыми при прокате в виде строчек - дорожек, и недостаточная контактно - усталостная прочность металла приводит под воздействием подвижного состава к появлению и развитию дефекта». А вот далее, все абсолютно правильно: «Началом образования дефекта является возникновение внутренней продольной трещины, развитие которой приводит к отслоению металла (дефект 11), либо к поперечной трещине (дефект 21), или к горизонтальной трещине (дефект 30 Г)» (НТД/ЦП-93, с.21), что говорит о возможности наложения этих дефектов.

На следующий вопрос «В чем причина излома под поездами по дефекту 69»? НТД/ЦП-93 отвечает: «Что это коррозия подошвы рельса и коррозийно-усталостная трещина». Далее поясняется, где появляется коррозия и даются указания: «При коррозии подошвы глубиной у ее края не более 7 мм для Р65 являются дефектными и подлежат замене в плановом порядке. Рельсы, у которых кромка подошвы имеет коррозию глубиной более указанных величин, являются остродефектными и подлежат замене без промедления». (НТД/ЦП-93, с.50.)

Совершенно неудовлетворительный ответ дают НТД/ЦП-93 о причинах поперечного излома рельсов по дефекту 79 без видимых пороков в изломе. Излом происходит «вследствие превышения допускаемой нагрузки, особенно в сочетании с неудовлетворительным состоянием пути, а также вследствие хрупкости и хладноломкости рельсовой стали» (НТД/ЦП-93, с.53.)

Комплексные исследования НИЦ-ПУТЬ, проведенные на Горьковской железной дороге, по изучению природы усталостных дефектов в рельсах, причин и условий их зарождения и развития, дали совершенно другие результаты. Было установлено, что изломы рельсов под поездами по дефектам 21, 69, 79 происходят и на прямых участках пути, при отличном его состоянии и отличной балловой оценке по вагону путеизмерителю.

Металлографические исследования срезов объемнозакаленных рельсов Р65 при изломах по дефектам 21, 69, 79, проведенных в лучших металлографических лабораториях оборонных предприятий городов: Москвы, Н-Новгорода и Подольска, а также в металлографических лабораториях ВУЗов показали, что никаких сверх нормативных отступлений в рельсовой стали по химическому составу, физико-механическим свойствам, в том числе и термообработке, не зафиксировано. Был сделан вывод, что изломы под поездами по дефектам 21, 69, 79 претерпевают качественные объемнозакаленные рельсы.

В результате натурного обследования мест излома рельсов с высокоточным измерением параметров рельсовой колеи по методике НИЦ ПУТЬ было установлено, что изломы рельсов происходят в местах со сверхнормативными отступлениями в параметрах путевой решетки, где возникает продольное кручение рельса от приложенной поездной нагрузки. При продольном кручении рельсовой плети и максимальной затяжке клемм скрепления КБ-65, происходит перегрузка подошвы рельса. В точке максимальных напряжений, называемой полюсом, в подошве рельса зарождается и развивается усталостная трещина, которая приводит к излому рельса под поездами по дефектам 69 и 79.

В результате была предложена рабочая гипотеза, по которой первопричина излома рельсов по дефектам рельсов 69 и 79 заключается в перегрузке подошвы рельса клеммными болтами при продольном кручении рельса под поездной нагрузкой. Для предотвращения поперечных изломов рельсов при обнаружении средствами дефектоскопии усталостной трещины по дефекту 69 необходимо снизить или полностью ослабить усилие затяжки клеммных болтов. С этой целью на рельсовую плеть с усталостной трещиной в подошве рельса по дефекту 69, устанавливались шестидырные накладки на 4-е крайних болта. Основной смысл установки шестидырных накладок на дефект 69 заключается в том, что при накладках практически невозможно затянуть до предела клеммные болты. С 1995 года по настоящее время на дороге было установлено более 1000 пар накладок на дефект 69, которые классифицировались как дефект 69Н и за годы эксплуатации, вплоть до капитального ремонта пути не произошло ни одного излома по дефекту 69Н.

В ряде случаев нами зафиксировано, что изломы рельсовых плетей по усталостным дефектам, а также их обнаружение происходит по одной рельсовой плети. Это наблюдается для рельсов одного завода, одного года выпуска, одной плавки, уложенных в один год пропустившие один и тот же тоннаж. Так что же, коррозия и строчки-дорожки неметаллических включений по одной рельсовой нити есть, а по другой нет? В действительности и коррозия подошвы рельса, и строчки-дорожки есть в обеих рельсовых нитях, а почему разрушается только одна? Ответ на эти и многие другие вопросы, связанные с изломами рельсов, с зарождением и развитием усталостных дефектов дает методика натурного обследования, разработанная НИЦ-ПУТЬ Горьковской железной дороги.

В результате было установлено, что на участках пути, где происходят изломы рельсов по дефекту 21, или где установлены шестидырные накладки на обнаруженный дефект 21Н без излома рельсовой плети, также имеет место продольное кручение с поперечным смещением головки рельса поперек пути под поездной нагрузкой. При сверхнормативном заужении ширины колеи и при боковом смещении головки рельса внутрь колеи происходит динамическое соударение головки рельса о боковую выкружку гребня колеса. Сила соударения рабочей грани рельса с выкружкой гребня колеса зависит от осевой нагрузки, скорости движения, от полноты колесной пары, зазора между колесом и рельсом на расчетном уровне, величины бокового смещения головки рельса. В результате многократного ударного воздействия колес на боковую грань рельса образуется наклеп в верхней части головки со значительным повышением твердости металла, с последующим зарождением и развитием горизонтальных и поперечных трещин.

И в данном случае, для увеличения срока службы рельсов с дефектом 21Н в головке рельса, нужно очень немногое - ликвидировать продольное кручение рельса и его боковое смещение поперек пути под поездной нагрузкой, что полностью исключает излом рельса по дефекту 21.

Можно констатировать, что усталостные трещины, фиксируемые при изломах рельсов, в головке, шейке и подошве рельса, не являются причиной излома, а характеризуют процесс разрушения, связанный с перегрузкой рельсов.

В 1998 году НИЦ-ПУТЬ Горьковской железной дороги предложил ЦП МПС переработать действующую НТД/ЦП-93. ВНИИЖТ приступил к работе по переработке НТД/ЦП, были собраны предложения и замечания всех заинтересованных организаций, представлены три редакции новых НТД, но на настоящий момент работа не завершена.

Главная задача, которую должна решать классификация дефектов рельсов - набор статических данных и определение истинных причин зарождения и развития дефектов для дальнейшего устранения этих причин, которое позволит снизить количество наиболее часто встречающих дефектов, что, несомненно, повысит безопасность движения поездов и увеличит рабочий ресурс рельсов и других элементов верхнего строения пути.

К сожалению, действующая в настоящее время НТД/ЦП-93 часто неверно отвечает на вопрос об истинной причине того или иного дефекта, поскольку содержит устаревшее мировоззрение на природу, например, усталостных дефектов, либо придает повышенное значение коррозии.

Рассмотрим недостатки действующей классификации на примере дефектов группы, причиной появления которых считается нарушения технологии изготовления рельсов, то есть «заводские» дефекты (вторая цифра кода 0). Для анализа используем статические данные о количестве замененных и лежащих в пути дефектных и остродефектных рельсов на Горьковской железной дороге за 2008 год, а также данные о пропущенном тоннаже по наиболее часто встречающимся дефектам «нулевой» группы (дефекты 10, 30). Получается следующая картина: общее количество дефектов по 20, 40, 50, 60, 70 рисунку - 0 шт.

По 10 рисунку - 2005 шт., по 30 - 790 шт., см. табл. 4.3.1.

Таблица 4.3.1 Количество Д и ОД рельс за период 2003 - 2009г.

года/ рис	10	20	30	40	50	60	70
2003	94	-	51	-	-	-	-
2004	83	-	97	-	-	-	-
2005	73	-	137	-	-	-	-
2006	81	-	123	-	-	-	-
2007	117	-	127	-	-	-	-
2008	122	-	44	-	-	-	-
2009	115	-	10	-	-	-	-
Итого:	685	0	589	0	0	0	0

Судя по статическим данным, сведенным в таблице 4.3.1, видно, что дефектов, определенных по рисункам 10 и 30 значительно больше, то есть им явно не место среди прочих дефектов, со второй цифрой кода - 0. Аналогичная картина наблюдается по дороге.

Возникает сомнение в том, что причины значительно большего количества дефектов по 10 и 30 рисунку те же, что и прочих дефектов «нулевой» группы. В тоже время, построив график зависимости количества дефектов от пропущенного тоннажа (взятых с отчетов центра «Диагностика» за 2009 год), для 10 и 30 рисунка, получаем кривую практически нормального распределения с наибольшим количеством дефектов при пропущенном тоннаже 400-600 млн.т. (рис.4.3.1).

Рис 4.3.1 Зависимость количества дефектов рельсов от пропущенного тоннажа

Произведя анализ, получим выводы:

1. Отсутствует вина завода изготовителя, так как в большинстве своем время работы рельсов превысило свой гарантийный срок - 100-200 млн.т.

2. Вероятность появления дефекта при достаточном тоннаже (более 4000 млн.т) не зависит от пропущенного тоннажа, а объясняется другими причинами.

Предлагается следующее объяснение причин появления большого количества дефектов в настоящее время, классифицирующее по рисунку 30 - виновата перегрузка рельсов, вызванная повышенным ударным воздействием колес. Причиной может быть зауженная колея, либо нарушения нормальной 1/20 подуклонки рельсов, которые вызывают процесс разрушения, приводящий к появлению ВПТ, дальнейшее развитие которой приводит к отслоению металла (дефект 11), либо к поперечной трещине (дефект 21), либо к горизонтальной трещине (дефект 30 Г).

За истекшие годы Департаменты МПС одобрили и внедрили на сети дорог предложения НИЦ ПУТЬ. В 1995-1996 годах ЦП МПС провел труднооценимую по значимости работу на сети по нормализации ширины рельсовой колеи - ликвидации мест сверхнормативного ее заужения и приведения к допускаемым значениям. В 1995 году по предложению НИЦ-ПУТЬ, ЦП МПС отменил действие ГОСТа 10629-88 на железобетонные шпалы, как неверного, и в 1996 году ввел новые ТУ, где колеюобразующие размеры железобетонных шпал были скорректированы в сторону уширения рельсовой колеи. Департаменты ЦВ и ЦТ при обточке колесных пар подвижного состава перешли на уменьшенную толщину гребня с 33 мм на расчетном уровне на 30 мм и меньше.

В результате этих и других мер, предпринятых на сети дорог РФ, интенсивный износ колес подвижного состава, связанный с подрезкой гребней и остроконечным накатом, значительно понизился. Количество дефектных рельсов в пути на сети дорог РФ снизился с 489 тысяч в 1995 году до 177 тысяч в 2001 году, а количество остродефектных рельсов соответственно со 157 тысяч до 86 тысяч. Значения коэффициентов выхода дефектных и остродефектных рельсов с 1995 по 2001 год снизились с 2,1 до 3,3 раза. Устойчивая тенденция по снижению количества дефектных и остродефектных рельсов в пути, отмечаемая с 1995 по 2002 год по абсолютным и относительным показателям и фиксируемая отчетными формами ПО-1 и ПО-4, а также сравнительные данные об остродефектных рельсах, позволяют уверенно говорить о причинах, породивших проблему «колесо-рельс».

Предложения по переработке НТД/ЦП-93 сохраняют структуру кодового обозначения дефектов рельсов, сложившуюся на сети дорог РФ. Но в ней все дефекты со второй цифрой 0, а именно (10,20,30,…) - дефекты заводского происхождения. Все дефекты со второй цифрой 1 (11,21,31,…) - дефекты усталостного происхождения с фиксируемой, или обнаруживаемой усталостной трещиной, а дефекты (12,22,32,…) - без явно выраженной усталостной трещины. Все дефекты в стыке кодируются цифрами (13,23,33,…), а в сварном стыке (16,26,36,…). Дефекты (14,24,…) указывают на повышенное воздействие подвижного состава, а дефекты (15,25,…) на последствия от механических повреждений. Коррозия рельса проявляется в виде дефектов (59,69,79,…). Виды дефектов по элементам сечения рельса остаются неизменными. Дефекты по поверхности катания - это дефекты (10,11,12,13,…) и так далее. Дефекты термитной сварки - это дефекты (17,27,47,57,…). Все перечисленные изломы рельсов по всему сечению сводятся в одну группу и это дефекты (70,71,72,…).

Прочие дефекты и повреждения рельсов с первой цифрой 9 есть во всех разновидностях дефекта. Предлагаемая классификация дефектов рельсов имеет кодовый запас со второй цифрой 8, на случай появления в пути новых дефектов. Любая классификация дефектов рельсов носит условный характер и предназначена для статического учета, анализа причин появления дефекта, оценка ресурса и работоспособности рельсов, разработки и внедрения мер, предотвращающих зарождение и развитие дефектов. Неверное или ошибочное изложение причин зарождения и развития усталостных дефектов в рельсах - основополагающая ошибка действующей НТД/ЦП-93, требующая немедленного исправления.

Таблица 4. 3.2 Классификация дефектов рельсов по НТД/ЦП - 1,2,3 - 93

Группа дефектов	Разновидности дефектов
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
	Отступления Производства рельсов	Металлургиче ское качество рельс	Некачественная обработ. торцов	Некачественный стык	Воздействие подвижного состава	Механическое воздействие (удар)	В сварном стыке	Недостаточная закалка рельсов	Нарушения технол. наплавки, приварки	Коррозия и др.
Головка	поверхность катания	1	10	11			14			17	18
	Поперечные трещины	2	20	21			24	25	26	27
	Продольные трещины	3	30								38
	деформации	4	40	41		43	44		46	47		49
шейка	5	50		52	53		55	56			59
подошва	6	60		62			65	66			69
Изломы по всему сечению	7	70				74					79
Изгибы	8						85	86
Прочие дефекты	9										99

Таблица 4. 3.3 Классификация дефектов рельсов по методике НИЦ-ПУТЬ

Группа дефектов	Разновидности дефектов
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
	Отступления Производства рельсов	Некачеств. РШР. Усталостные трещины от перегрузок рельсов	Некачествен. РШР. Трещины от перегрузок	Дефекты в стыке.	Неуд. состояние подвижного состава. Воздействие подвижного состава	Механическое воздействие (удар)	Некачеств. РШР. В сварном стыке	Дефекты термитной сварки	Резерв	Коррозия и другие перегрузки рельсов
Головка	поверхность катания	1	10	11	12	13	14	15	16	17
	Поперечные трещины	2	20	21	22	23	24	25	26	27
	Продольные трещины	3	30	31	32	33
	деформации	4	40	41	42	43	44	45	46	47
шейка	5	50	51	52	53		55	56	57		59
подошва	6	60	61	62	63	64	65	66	67		69
Изломы по всему сечению	7	70	71	72	73	74	75	76	77		79
Изгибы	8	80					85	86	87
Прочие дефекты	9	90	91	92	93	94	95	96	97		99

5. НАТУРНОЕ ОБСЛЕДОВАНИЕ УЧАСТКОВ ПУТИ С ДЕФЕКТАМИ И ИЗЛОМАМИ РЕЛЬСОВ

Натурноe обследованиe и анализ лент вагона-путеизмерителя 1 пути 431км перегона Трактовый - Бобыльская.

Характеристика 431 км нечетного пути: путь бесстыковой, ж/б шпалы, балласт-щебень, рельсы типа Р-65, эпюра шпал-1840 шт./км, пропущенный тоннаж- 138,5 млн. тн брутто, грузонапряженность - 93 млн. тн брутто, класс пути-1В2, капитальный ремонт пути 2007 года, установленная скорость движения поездов 100/80 км/час, кривая радиусом 620м.

Профиль пути на 431 км пк5 - подъем - 5,8 тыс. (по ходу движения поезда)

Плеть длиной 800м, сварена в РСП-17 в 2007 году, рельсы типа Р-65 термоупрочненные, на момент укладки новая, имеет 32 сварных стыка, уложена в путь 24.08.2007г., температура закрепления + 42 градуса.

Характеристика разрушившегося рельса: тип рельса: Р-65, завод изготовитель: Кузнецкий МК, дата прокатки: июль 2007г., номер плавки ЭVН 44471, вид термообработки: термоупрочененный

Согласно книги ПУ-2а на 1.02.2010г. на плети №24 А по правой нити дефектные рельсы не числятся. Места временного восстановления в плети отсутствуют.

По результатам прохода контрольного вагона путеизмерителя 431 километр оценен как «Отличный» неисправностей 2, 3, 4, степени нет.



Излом плети на 431 км пк5 звено 3 нечетного пути по правой нити перегона Бобыльская-Трактовый произошел на расстоянии 0,67 м от сварного шва.

Дополнительно натурным осмотром состояния пути на месте излома выявлены следы пробоксовок на протяжении 50м по обеим нитям глубиной до 1мм.

Рисунок дефекта по НТД ЦП-2/93 - 24, темное пятно размерами: высота 32 мм, ширина 49мм, дефект расположен по центру относительно вертикальной оси симметрии. На основании изучения характера излома и материалов расследования комиссия пришла к выводу, что излом произошёл по дефекту кода 24 - трещина в головке рельса, развитие которой произошло от поверхностного дефекта 14.

6. РАСЧЁТ ПУТИ НА ПРОЧНОСТЬ

6.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ НОРМАЛЬНЫХ И КАСАТЕЛЬНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В РЕЛЬСОВЫХ ПЛЕТЯХ ПРИ РАСЧЁТНЫХ И НЕ РАСЧЁТНЫХ НАГРУЗКАХ

В основу настоящих исследований природы зарождения и развития дефектов были положены статистические данные по дефектам рельсов и методика натурного обследования участков пути, где максимально проявлялись эти дефекты, и где происходили изломы рельсовых плетей под поездами.

Принципиально, любой излом рельса в пути может произойти по двум причинам, либо из-за некачественного рельса, либо из-за перегрузки рельса в пути. Проведенные металлографические исследования срезов разрушенных рельсов показали, что рельсовая сталь не имеет никаких сверхнормативных отклонений по химическому составу и физико-механическим свойствам. Следовательно, версия о некачественных рельсах была отклонена.

Визуальный осмотр места излома рельсовой плети на прямом участке пути и при отличном его состоянии выявил схему нагружения рельса. Изучаемый излом рельса мог произойти только при продольном кручении рельсовой плети. Осмотр мест излома рельсовой плети по дефекту 69 привел к гипотезе о локальном действии касательных напряжений в рельсах, возникающих при кручении.

Для подтверждения этой гипотезы были спроектированы и изготовлены специальные прогибометры, устанавливаемые попарно в каждый шпальный ящик железнодорожного пути, которые зафиксировали кручение рельсовой плети под поездной нагрузкой в месте обнаружения усталостной трещины в подошве рельса. Появление продольного кручения рельсовой плети наблюдается на некачественной рельсошпальной решетке со сверхнормативными отклонениями по геометрическим размерам железобетонных шпал и элементов рельсового скрепления.

Наиболее значимым параметром железобетонных шпал существенно влияющим на продольное кручение рельсов является подуклонка подрельсовых площадок и сверхнормативные отклонения других геометрических размеров шпал.

Таким образом, в рельсовой плети могут возникать дополнительные касательные напряжения из-за искажения рельсошпальной решетки.

В этой связи, возникла задача о расчете касательных напряжений в рельсах, возникающие при кручении, об их влиянии на зарождение и развитие дефекта, а также разработке мер по предотвращению дефекта в пути.

Расчет касательных напряжений, возникающих в рельсовых плетях при кручении.

Отступления в параметрах рельсошпальной решетки бесстыкового пути оказывают существенное влияние на кинетику дефектов в рельсах. Ранее, в работах было показано влияние качества рельсошпальной решетки на характер взаимодействия колеса и рельса и на величину дополнительных касательных напряжений, локально возникающих в рельсовых плетях при кручении.

Основная задача расчета состоит в оценке величин касательных напряжений, возникающих в рельсовой плети, и их влиянии на зарождение и развитие усталостных дефектов в рельсах. Результаты расчета показывают, что в ряде случаев касательные напряжения в рельсовой плети значительно превышают изгибные и являются определяющими при зарождении и развитии усталостных дефектов.

Условия расчета. Основные понятия и определения

Все расчетные схемы, приведенные ниже, рассматриваются при следующих условиях:

1.Путь бесстыковой с объемнозакаленными рельсами Р65 и скреплением КБ-65;

2.Участок пути прямой;

3.Путь в отличном состоянии без расстройств и характеризуется нулевой бальностью;

4.Параметры рельса и колеса имеют номинальные параметры без отклонений;

5.Осевая нагрузка подвижного состава - Р [тс/ось];

6.Нерасчетные схемы взаимодействия колеса и рельса возникают на рельсошпальной решетке с отступлениями по параметрам колеи (по ширине колеи, по отводам ширины колеи, по подуклонке рельсовых плетей).

7.Основной причиной, вызывающей появление в рельсах касательных напряжений, являются железобетонные шпалы с отклонениями по колеюобразующим размерам.

8.Расчет производится в технической системе единиц (СГС).

9.Система координат - классическая для железнодорожного пути. Ось X - вдоль рельса, У - поперек рельса, Z - вертикально.

10.Условия расчета сохраняются и при взаимодействии пути и подвижного состава на участках с другими характеристиками.

При составлении расчетных схем воспользуемся следующими определениями:

Некачественная (дефектная) рельсошпальная решетка с искажениями характеризуется сверхнормативными отклонениями параметров рельсовой колеи из-за брака железобетонных шпал по колеюобразующим размерам.

Качественное взаимодействие колеса и рельса - взаимодействие, при котором в рельсовой плети от поездной нагрузки возникают только нормальные изгибные напряжения. Касательные напряжения от поездной нагрузки крайне незначительны по величине, и ими можно пренебречь.

Нерасчетное или некачественное взаимодействие колеса и рельса -взаимодействие, при котором в рельсовой плети от поездной нагрузки кроме нормальных изгибных напряжений возникают касательные напряжения, соизмеримые по величине с нормальными или даже превосходящие их.

Природа кручения рельсовых плетей

Кручение рельсовых плетей бесстыкового пути возникает локально по длине пути под поездной нагрузкой в местах укладки железобетонных шпал с отклонениями в колеюобразующих размерах. Решетку с такими шпалами следует характеризовать как некачественную или дефектную, так как на ней возникает продольное кручение и связанное с ним упругое боковое смещение рельсовой плети под поездной нагрузкой. При кручении рельсовой плети в ней возникают касательные напряжения, которые по величине изменяются в широких пределах.

Современные «Правила расчета пути на прочность» сводятся к определению поездных изгибных напряжений в рельсах, и в частности к вычислению их максимальных кромочных значений. Касательными напряжениями из-за их малости, в расчетах пути на прочность, пренебрегают. Это все действительно так, но только для схемы качественного взаимодействия пути и подвижного состава. В общем же случае, при нерасчетном взаимодействии колеса и рельса на некачественной рельсошпальной решетке, в рельсах от поездной нагрузки, возникают изгибные нормальные напряжения и дополнительные касательные напряжения. Причем, величина касательных напряжений зависит от степени отступлений и в некоторых случаях они могут быть соизмеримы с нормальными и даже превосходить их (.)

По современным теориям прочности при одновременном действии нормальных и касательных напряжений, расчетное напряжение определяется по формуле:

что указывает на преобладающее действие касательных напряжений при . Условия зарождения усталостных трещин в рельсах зависят в основном от уровня касательных напряжений, а их развитие в большинстве случаев связано с влиянием нормальных напряжений.

Таким образом, можно утверждать, что определяющее влияние на кинетику дефектов в рельсах (зарождение, развитие, излом) оказывают не поездные изгибные напряжения, а дополнительные касательные напряжения, возникающие локально по длине пути от поездной нагрузки в местах нерасчетного взаимодействия колеса и рельса на дефектной (некачественной) рельсошпальной решетке.

Более того, изломы рельсовых плетей по усталостным дефектам не зависят от пропущенного тоннажа, а зависят от уровня дополнительных касательных напряжений, возникающих в рельсовых плетях при кручении. И здесь, определяющим фактором становится не столько осевая нагрузка, сколько степень искажений в рельсошпальной решетке.

Следует иметь в виду, что именно дополнительные касательные напряжения, возникающие в рельсовых плетях при кручении, определяют рабочий ресурс и срок службы рельсов до излома. Отсюда следует простой вывод - для увеличения ресурса рельсовых плетей необходимо понизить дополнительные касательные напряжения, возникающие в рельсах при кручении, за счет повышения качества железобетонных шпал и рельсошпальной решетки. Возможные отступления в параметрах рельсошпальной решетки и рельсовой колеи создают бесконечно большое количество схем нерасчетного взаимодействия колеса и рельса. Рельсовая плеть рассматривается как бесконечная балка, при взаимодействии которой с поездной нагрузкой по длине пути возникают следующие схемы взаимодействия:

Схемы расчетного взаимодействия колеса и рельса. Кручение рельсовой плети отсутствует. Касательные напряжения незначительны по величине и ими можно пренебречь. Условий для зарождения усталостных трещин - нет.

Схемы нерасчетного взаимодействия колеса и рельса. За счет отступлений в параметрах рельсошпальной решетки и рельсовой колеи возникает локальное кручение рельсов под действием дополнительного крутящего момента.

Схемы перегрузки рельсовых плетей. Воспринимая дополнительный крутящий момент, в рельсах возникают высокие касательные напряжения, при которых идет зарождение того или иного дефекта с последующим изломом рельсовой плети.

Расчетное взаимодействие колеса и рельса

При расчетном взаимодействии колеса и рельса касательные напряжения в рельсовых плетях, связанные с кручением, или равны нулю, или незначительны, что ими можно пренебречь. В этом случае взаимодействие колеса и рельса осуществляется по пятну контакта А и В. Подуклонка рельса соответствует подуклонке бандажа и равна 1: 20. Подошва рельса опирается на подрельсовую подкладку всей поверхностью СД без перекосов.

Клеммы скрепления прижимают подошву рельса к подкладке с усилиями FKЛ1 и FKЛ2 . Между рабочей гранью рельса и гребнем колеса на расчетном уровне имеется зазор S. Нашпальная и подрельсовая прокладки условно не показаны. Величины Н, I, в -характерные размеры рельса Р65. Нагрузка к рельсу от колеса передается через пятно контакта и приложена по оси рельса. В этом случае в рельсовой плети от поездной нагрузки возникают только нормальные изгибные напряжения. Вертикальная сила от колеса на рельс:

где Р- осевая нагрузка [тс/ось].

Горизонтальная составляющая силы от колеса на рельс, или сила бокового распора, равна:

Результирующая сила от колеса на рельс:

, или

.

в расчетах можно принимать:

Номинальная сила прижатия клеммы к подошве рельс при моменте затяжки 20 кгм, равна:

Fкл1=Fкл2 » 1000 кгс.

Для данной схемы взаимодействия крутящий момент от приложенных сил равен нулю.

МКР=SМ0=SМд=SМс= 0.

Следовательно, касательных напряжений в рельсовой плети, связанных с ее кручением, не возникает.

Однако, при изменении ширины рельсовой колеи и при боковом смещении колесной пары колесо испытывает действие силы трения. Сила трения Fmp определяется по формуле:

Fmp=PK * f,

где f- коэффициент трения при совместном действии качения и скольжения.

Коэффициент трения качения закаленной стали по закаленной стали fкач =0,001.

Коэффициент трения скольжения сталь по стали fскольж = 0,1 … 0,15.

Сила трения колеса о рельс создает крутящий момент, который уравновешивается моментом от дополнительного усилия в клеммах Fкл2

Mкр=FmpH = Fклl, F кл2 = MKP / l .

Расчетные величины дополнительных нагрузок при взаимодействии с одной колесной парой.

Таблица 6.1.1

Осевая нагрузка Р (тс/ось)	Усилие от колеса на рельс Рк (кгс)	Сила трения Fтр (кгс)	Крутящий момент Мкр (кгс*см)	Дополнительное усилие в в клеммах Fкл2 (кгс)
5,0	2500	25	450	30
10,0	5000	50	900	60
20,0	10000	100	1800	120
25,0	12500	125	2250	150
30,0	15000	150	2700	180
35,0	17500	175	3150	210

Расчетные величины дополнительных нагрузок при взаимодействии рельса с двумя колесными парами.

Таблица 6.1.2

Осевая нагрузка Р (тс/ось)	Усилие от колеса на рельс Рк (кгс)	Сила трения Fтр (кгс)	Крутящий момент Мкр (кгс*см)	Дополнительное усилие в клеммах Fкл2 (кгс)
5,0 х 2	5000	50	900	60
10,0 х 2	10000	100	1800	120
20,0 х 2	20000	200	3600	240
25,0 х 2	25000	250	4500	300
30,0 х 2	30000	300	5400	360
35,0 х 2	35000	350	6300	420

Расчетные величины крутящего момента Мкр, силы трения Fmp при совместном действии качения и скольжения, и дополнительного усилия F'K:i2, возникающие от силы трения представлены в таблице 6.1.1 и 6.1.2.

При взаимодействии рельса с одной колесной парой (при fmp =0,01)

Сила взаимодействия трения возникает во всех схемах взаимодействия, поэтому данные таблицы нужны для сравнения с возникающими усилиями и крутящими моментами в других схемах.

Схемы нерасчетного взаимодействия колеса и рельса

Нерасчетное взаимодействие колеса и рельса характеризуется появлением продольного кручения рельсовой плети от поездной нагрузки на некачественной (дефектной) рельсошпальной решетке. В схеме нерасчетного взаимодействия колеса и рельса представлено опирание подошвы рельса на подрельсовую подкладку осуществляется с перекосом. Подошва опирается на подкладку в точке С, а в точке Д между подошвой рельса и подкладкой имеется зазор h. В этом случае в рельсовой плети от приложенной поездной нагрузки возникает крутящий момент Мкр. Максимальное значение крутящего момента при нагружении одной колесной парой рассчитывается по зависимости:

Знак минус указывает на направление крутящего момента против часовой стрелки. Под действием отрицательного крутящего момента головка рельса под нагрузкой смещается в боковом направлении на величину [-у], что увеличивает зазор 5 мм между рельсом и колесом.

В случае, если нагружение рельса по данной схеме осуществляется двумя осями, то величина крутящего момента удваивается, т.е.

Возникающий крутящий момент рельсовой плети уравновешивается моментом дополнительного усилия в клемме FKl2.

В этом случае: или,

А при нагружении двумя колесными парами

Fкл2=Р/2.

Расчетные величины крутящего момента и усилия Fкл2 в зависимости от осевой нагрузки Р представлены в таблице

Расчетные величины дополнительных нагрузок при воздействии на рельс одной колесной пары.

Расчетные величины крутящего момента и усилия в зависимости от осевой нагрузки.

Таблица 6.1.3

Осевая нагрузка Р (тс/ось)	Усилие от колеса на рельс Рк (кгс/рельс)	Крутящий момент Мкр (кгс*см)	Усилие в клеммах Fкл2 (кгс)
5,0	2500	18750	1250
10,0	5000	37500	2500
20,	10000	75000	5000
25,0	12500	93750	6250
30,0	15000	112500	7500

6.2 РАСЧЕТ ПУТИ НА ПРОЧНОСТЬ НА УЧАСТКЕ БАЛАХОНИХА - РАЗЬЕЗД 408 КМ

На участке Балахониха - р. 408 км., обращается подвижной состав, который провозит полезные ископаемые, В дипломном проекте был произведен расчет пути на прочность на участке Балахониха - разъезд 408 км для варианта возможного повышения осевых нагрузок до 26 т\ось. Весь расчет проведен по правилам расчета пути на прочность.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАКСИМАЛЬНОГО ДИНАМИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ КОЛЕСА НА РЕЛЬС.

Максимальное динамическое давление колеса на рельс определяется по следующей формуле :

Рmax дин = Р ср + 2,5 * S (3.1.1)

где Рср - среднединамическое давление колеса на рельс, тс.

Р ср = Р ст + 0,75 Р р (3.1.2.)

где Р ст - статическая нагрузка на колесо, кгс.

Р р -дополнительная динамическая вертикальная сила давления, вызванная колебанием надрессорного строения, кгс.

Рр = Zmax*Жр, (3.1.3)

где - Z max - максимальный прогиб рессор, см;

Ж р - жесткость пути, кгс\ см.

Для локомотива ВЛ80-с Z max = 10,9 + 9,6*10-4 *V2, а для вагона

Z max = 9,5 + 9,0 * 10-4* V2.

где V - скорость движения, км\час;

S - среднеквадратичное отклонение динамического давления колеса на рельс.

S = Sp2 + Sun2 + 0,05Sинк2 + 0,95Sннк2 (3.1.4)

где Sр - среднеквадратичное отклонение вертикальных сил, вызываемых колебаниями кузова на рессорах;

Sип - среднеквадратичное отклонение от сил инерции, возникающих при прохождении колесом изолированной неровности на пути;

Sинк и Sннк - то же, от сил инерции, возникающих при качении колес, имеющих собственно изолированные и непрерывные неровности.

где U - модуль упругости подрельсового основания , кгс\см2,

б1i - коэффициент, учитывающий влияние колеблющейся массы пути на образование динамической неровности на пути;

б0і

б1i = -----------; (3.1.8)

б0gср.шп

б0дер.шп = 0,433; б1дер.шп = 1.

gк - неподрессорная масса, отнесенная к одному колесу;

d - диаметр колеса, см.

к - коэффициент относительной жесткости рельсового основания и рельса, см-1;

гmax - максимальный дополнительный прогиб рельса при прохождении колесом косиносоидальной неровности, отнесенной к единице глубины неровности, ymax = 1,47;

б - расчетная глубина изолированной на колесе; б=0,067;

в - коэффициент, учитывающий влияние типа рельсов на образование динамической неровности на пути; для рельсов Р - 65 в = 0,87;

е - коэффициент, учитывающий влияние жесткости пути на величину уклона динамической неровности, е = 1;

г - учитывающий влияние рода балласта на образование динамической неровности на пути, для пути на щебне г = 1;

lш - расстояние между осями шпал, при эпюре шпал 1840 шт\км - 55 см; 2000 шт\ км - 50 см.

Все расчетные характеристики сведем в таблицу 6.2.1:

Таблица 6.2.1

№ п\п	Наименование характеристики	Ед. измер.	Величина
			ВЛ - 80 с	8-осный вагон
Подвижной состав
1.	Нагрузка на ось, Р0	кгс	23000	26000
2.	Статистическая нагрузка на колесо, Рст	кгс	12000	10550
3.	Колесная формула	-	20 - 20	20 - 20
4.	Расстояние между осями в тележке	мм	300	185
5.	Жесткость, жр	кгс\мм	116	200
6.	Необрессоренный вес на одно колесо	кгс	2760	995
7.	Максимальный прогиб рессор, zmax	см	1,28	0,48
8.	Диаметр колеса	см	125	95
9.	Коэффициент, учитывающий внецентренное приложение нагрузки на боковые силы f - для прямой - для кривой (R = 700)	м м	1,08 1,30	1,18 1,18
10.	Скорость движения	км\час	80	80
Верхнее строение пути
	прямая	Кривая
11.	Тип рельса Приведенной износ		Р 65 6	Р65 6
12.	Расстояние между осями шпал,lш	см	55	50
3.	Коэффициенты, учитывающие влияние на образование динамической неровности б0 б1 е в г		0,433 1 1 0,87 1	0,433 1 1 0,87 1
14.	Момент инерции рельса в вертикальной плоскости,I2	см4	3208	3208
15.	Момент рельса в горизонтальной плоскости,I6	см4	550	550
16.	Момент сопротивление рельса,Wп	см3	417	417
17.	Модуль упругости подрельсового основания,U лето зима	кгс\см2	260 450	290 490
18.	Коэффициент относительной жесткости подрельсового основания и рельса,к лето зима	см-1	0,00991 0,01137	0,01018 0,01161
19.	Площадь поперечного сечения рельса,F	см2	78,24	78,24
20.	Площадь подкладки, щ	см2	612	612
21.	Опорная площадь полушпалы с поправкой на изгиб,Щб	см2	2853	2853
22.	Геометрические размеры поперечного основания рельса bг bп zг zп	см см см см	7,50 15,0 9,71 7,69	7,50 15,0 9,71 7,69
23.	Расчетные характеристики для определения напряжений на основную площадку земляного полотна:С1 С2 бш	см см см	0,245 0,118 0,213	0,245 0,118 0,251

Результаты расчета сведем в таблицу 6.2.2

Таблица 6.2.2

Условия	Рр, Кгс	Рср, кгс	Sр, кгс	Sнп, кгс	Sннк, кгс	Sинк, кгс	S, кгс	Pмаксдин, кгс
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
ВЛ - 80с	Прямая	Лето	1976	13482	158,08	2481	74,41	392,44	2488,6	18221,6
		Зима				3047,8	55,15	592	3055,2	19638,1
	Кривая	Лето				2350,1	69,56	426,11	2358,3	17895,8
		Зима				2861	53,04	631,3	2869,3	19173,3
8осн. Вагон	Прямая	Лето	3060	12848	244,8	1419,8	57,99	559,4	1447,3	14168,2
		Зима				1743,8	48,25	843,9	1771,6	14979,0
	Кривая	Лето				1344,9	55,83	607,44	1374,8	13987
		Зима				1603,8	46,99	899,94	1635,4	14638,6

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКВИВАЛЕНТНОЙ НАГРУЗКИ НА ПУТЬ И НАПРЯЖЕНИЙ В ЭЛЕМЕНТАХ ВЕРХНЕГО СТРОЕНИЯ ПУТИ.

Рэкв1 = Рmaxдин + УмiСср; (3.2.1)

Сэкв2 = Сmaxдин + УзiСср;(3.2.2)

где Рmaxдин, Рсрдин - максимальное вероятное и среднее динамическое давление колесо на рельс соответственно.

мi - ордината линии влияния давления на i оси.

зi - ордината линии влияния давления под i осью.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ В ЭЛЕМЕНТАХ ВЕРХНЕГО СТРОЕНИЯ ПУТИ.

Напряжение изгиба и кручения в рельсах при воздействии вертикальных внецентренно приложенных и горизонтальных поперечных сил определяются по формулам:

В подошве рельса:

f

укп = --------Pэкв1<[укп]. (3.2.3)

4 kWп

Напряжение под подкладками:

kl

уm = -------Pэкв2<[уm]. (3.2.4)

2щ

Напряжение в балластном слое под шпалой в подрельсовом сечении:

kl

уб = -------Рэкв2<[уб]. (3.2.5)

2 Щ

Размещено на http://www.allbest.ru/

Условия	№ оси	к; см-1	Xi, см	Кx	м	з	Сэкв1	Сэкв2	ук	уш	уд
ВЛ - 80с	прямая	Лето	I	0,00991	0	0	1	1	17422,11	17656,74	1140,5	7,86	1,69
			II		300	2,97	-0,0593	-0,0419
		Зима	I	0,01137	0	0	1	1	19054,3	19055,67	1085,00	9,73	2,09
			II		300	3,14	-0,0433	-0,0432
	кривая	Лето	I	0,01018	0	0	1	1	17201,47	17320,11	1377,72	7,20	1,55
			II		300	3,05	-0,0515	-0,0427
		Зима	I	0,01161	0	0	1	1	18918,38	18644,76	1328,60	8,84	1,90
			II		300	3,48	-0,0189	-0,0392
8 осный вагон	прямая	Лето	I	0,00991	0	0	1	1	11674,38	15630,26	761,00	6,96	1,49
			II		185	1,83	-0,1962	0,1138
		Зима	I	0,01137	0	0	1	1	12827,01	15543,06	730,00	7,94	1,70
			II		185	2,10	-0,1675	0,0439
	кривая	Лето	I	0,01018	0	0	1	1	11524,04	15257,68	923,00	6,34	1,36
			II		185	1,88	-0,1917	0,0989
		Зима	I	0,01161	0	0	1	1	12566,19	15071,63	882,50	7,14	1,53
			II		185	2,15	-0,1613	0,0337

ВЫВОД: Расчетные напряжения меньше допускаемых. Существует запас прочности, который составляет для кромочных напряжений от 43 до 46 % для локомотива и от 52 до 55 % для вагонов, для напряжений в шпалах под подкладкой от 39 до 55 % для локомотива и от 47 до 52 % для вагона, для напряжений в балласте от 30 до 50 % для локомотива и от 43 до 55 % для вагона. При увеличение грузонапряженности более 50 млн.тонн брутто на км в год расчетные напряжение будут так же меньше допускаемых. На участке Балахониха - р. 408 км возможно повышение осевых нагрузок более 26 т/ось.

7. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА УЧАСТКОВ ПУТИ ПО ДЕФЕКТАМ И ИЗЛОМАМ РЕЛЬСОВ

Таблица 7.1 - Сравнительная характеристика ОДР по годам на Арзамасской дистанции пути

Года	Код дефекта по НТД/ЦП - 93
	21	24	25	26	27	30В	30Г	38	52	53	55	56	60	62	65	66	69	ДУ	ДО	ДС	ДР
2003	94	3	0	12	1	2	49	2	7	10	0	0	1	0	0	0	1	6	0	14	0
2004	154	2	0	23	6	2	95	4	7	14	2	1	0	0	0	5	4	7	1	19	0
2005	206	6	0	21	2	0	137	8	22	9	7	0	1	0	5	6	15	7	2	12	1
2006	183	0	15	0	0	108	15	41	17	5	0	1	1	0	2	4	1	6	15	0	0
2007	91	1	3	0	0	114	13	41	22	4	1	0	2	1	1	0	8	1	10	0	0
2008	22	0	2	3	0	40	4	10	23	0	0	0	0	0	2	0	6	1	12	0	0
2009	19	3	2	0	0	9	1	1	15	1	1	0	0	0	0	2	1	0	9	0	0

Рис. 7.1

Таблица 7.2 - Сравнительная характеристика ОДР по годам на Арзамасской дистанции пути

Года	2003	2004	2005	2006	2007	2008	2009
Количество дефектов	202	346	467	414	313	125	64

Рис. 7.2

Таблица 7.3 - Сравнительная характеристика лежащих дефектов за 2009г. на Арзамасской дистанции пути

ГОДА	Код дефекта по НТД/ЦП - 93
	10	11	14	17	18	41	46	47	69
январь	122	25	32	72	8	9	1	1	4
февраль	121	28	33	77	8	10	1	1	4
март	116	26	32	85	7	10	1	1	4
апрель	113	23	32	83	7	12	1	1	4
май	105	26	32	77	7	12	1	1	4
июнь	115	32	31	72	7	12	1	1	4
июль	119	32	31	85	9	12	2	1	4
август	128	34	31	81	7	11	2	1	4
сентябрь	131	36	31	87	8	10	2	0	4
октябрь	126	36	32	104	9	9	8	0	4
ноябрь	120	32	32	103	9	9	7	0	0
декабрь	115	30	30	106	10	10	9	0	0

Рис. 7.3



8. ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ РЕЛЬСОВОЙ КОЛЕИ

Рельсовая колея железнодорожного пути характеризуется тремя параметрами, а именно - шириной рельсовой колеи, положением рельсовых нитей друг относительно друга по уровню и подуклонкой рельсов. Однако, все существующие до настоящего времени путевые шаблоны, путеизмерительные тележки и путеизмерительные вагоны позволяют измерять и контролировать только ширину рельсовой колеи и возвышение одного рельса над другим, и не имеют контрольных приспособлений для измерения подуклонки рельсов в пути.

Подуклонка рельсов в 1 : 20 является обязательным элементом конструкции железнодорожного пути и важнейшей характеристикой рельсовой колеи. Этот параметр в значительной степени определяет характер взаимодействия пути и подвижного состава, в том числе, и плавность хода поезда. Однако, допускаемые отклонения подуклонки рельсов от номинального не оговорены в нормативно-технической документации, что позволяет считать подуклонку рельсов свободным и неконтролируемым параметром железнодорожного пути и рельсошпальной решетки. В результате неконтролируемая подуклонка рельсов железнодорожного пути является основной причиной, создающей условия для зарождения и развития усталостных дефектов в головке рельсов железнодорожного пути и колесах подвижного состава.

Не достаточно полно уделено изучение влияния подуклонки рельсов в колее на характер взаимодействия пути и подвижного состава и условия зарождения и развития дефектов в головке рельса.

При разной подуклонке рельсов в колее, что обусловлено полем допусков на элементы рельсошпальной решетки и современной технологией сборки путевой решетки в ПМС, грузовой вагон «мечется» в колее как «бешенный таракан» с ударным взаимодействием колесной пары о боковую грань рельса на прямых и кривых участках пути.

Многие специалисты локомотивного и вагонного хозяйства видили причину интенсивного износа рельсов и колес в изменении номинального размера ширины рельсовой колеи с 1524 мм на 1520 мм. Но фактическая ширина рельсовой колеи в массовом объеме могла иметь значения в 1510 мм и менее, причем на железобетонных шпалах. В 1995 году ГОСТ на железобетонные шпалы был отменен, как ошибочный, но эта ошибка дорого стоила отрасли. Начиная с 1994 года на сети дорог шла напряженная работа по переводу колеи с 1510+ 1512 мм на колею 1520 с предельно допускаемыми отклонениями. Результаты этой работы оказались положительными. При ширине рельсовой колеи в 1510 мм и менее никакая лубрикация не поможет, поскольку взаимодействие колесной пары и рельсовой колеи происходит с подрезкой металла и рельса и гребня.

При взаимодействии пути и подвижного состава, колесная пара при движении вдоль пути должна, в любом случае, размещаться в рельсовой колее с зазором. Нарушение этого положения создало предпосылки для увеличения износа рельсов и колес с негативными последствиями для рабочего ресурса этих взаимодействующих между собой элементов и безопасности движения поездов. Величина минимально допустимого зазора между колесами и рельсами на расчетном уровне определяется номинальными размерами рельсовой и колесной колеи и предельными отклонениями в поле допусков, но никак не фиксируется в ПТЭ. В результате получается следующее: ПТЭ определяют минимально допустимый шаблон - 1512 мм, однако не фиксируют, на каком уровне от поверхности катания головки рельса измеряется ширина колеи, а она будет различной при разной высоте измерительных лапок у путевого шаблона. ПТЭ также фиксирует (п. 10.2): «расстояние между внутренними гранями колес у ненагруженной колесной пары должно быть 1440 мм … с допусками ± 3» и «не допускается … толщина гребня более 33 мм или менее 25 мм у локомотивов при измерении на расстоянии 20 мм от вершины гребня при высоте гребня 30 мм, а у подвижного состава с высотой гребня 28 мм - при измерении на расстоянии 18 мм от вершины гребня».

Таким образом, в ПТЭ, размер колесной пары на расчетном уровне не зафиксирован. Расчетный уровень, на котором измеряется толщина гребня равен 10 мм от поверхности катания. Номинальный размер колесной колеи для локомотивов и вагонов по ПТЭ равен: 1440 + 33*2 = 1506 мм. Но это неверно, так как гребень колеса на расчетном уровне по внутренней поверхности колесного диска уменьшается на 1 мм. Следовательно, номинальная ширина колесной колеи на расчетном уровне ровна 1508 мм. Для колесной пары с максимальным допуском ширина колесной колеи - 1508 + 3 = 1511 мм.

Если рельсовая или колесная колея имеет сверхнормативные отклонения взаимодействие колеса с рельсом происходит с заклиниванием, с подрезкой металла колеса и рельса, а стало быть и с их интенсивным износом и значительной перегрузкой.

При продольном кручении рельса и боковом смещении головки во внутрь колеи происходит локальное дополнительное нагружение рельсов и колес.

В учебниках и в энциклопедии «Железнодорожный транспорт» (Москва, БРЭ, 1994) сказано: «Шириной рельсовой колеи называется расстояние между внутренними рабочими гранями рельсов, измеренное ниже поверхности катания на 13 мм». Такое определение не совсем верно, так как при измерении ширины колеи путевым шаблоном с высотой лапок 13 мм, измеряемая величина существенно зависит от подуклонки рельсов. Если высота измерительных лапок 13 мм, а подуклонка рельсов 1:20, то ширина рельсовой колеи фиксируется в 10 мм от поверхности катания, то есть в зоне боковой выкружки головки рельса, что несколько увеличивает результат измерения.