CC BY
38
УДК 625.032.432
В. В. РИБК1Н, В. А. ЛИСАК (Д11Т), О. Л. БУРДЮЖА (Керченський стршочний завод)
ДОСЛ1ДЖЕННЯ РОБОТИ СТР1ЛОЧНОГО ПЕРЕВОДУ ПРОЕКТУ КС1002.00.000 У БЕЗСТИКОВ1Й КОЛ11
У цш статт1 дослщжуеться можливють безпечно'1 роботи стршочного переводу проекту КС1002.00.000 в безстиковш колп при дп температурнпй сил. Наведено залежносл коеф1щенту запасу мщносп вщ класу CTani болт1в.
Ключовг слова: стршочний перевщ, безстикова кол1я, безпечна робота, температурш сили, коеф1щент запасу мщносп
В данной работе исследуется возможность безопасной работы стрелочного перевода проекта КС 1002.00.000 в бесстыковом пути по условию прочности заднего стыка крестовины при действии температурных усилий.
Ключевые слова: стрелочный перевод, бесстыковой путь, безопасная работа, температурные усилия, коэффициент запаса прочности
In the article the possibility of safe operation of the switch (project KC1002.00.000) in the jointless track affected by thermal forces is under study.
Keywords: switch, jointless track, safe operation, thermal forces, strength limit coefficient
На затзницях Украши безстикова кол1я е найбшьш прогресивною I основною конструкцию коли. Переваги безстиково! коли, а також широке використання на затзницях Украши в якосп тдрейково! основи затзобетонних шпал, роблять 11 основною конструкцию затз-нично1 коли незалежно вщ розм1р1в вантажона-пруженосп [1]. Тому виникае необхщтсть до-слщження роботи стршочних перевод1в, що примикають до безстиково! коли.
Вщповщно до рекомендацш ОСЖД [3], при примикант стршочного переводу до безстико-во1 коли необхщно влаштовувати захист у ви-гляд1 таких конструкций:
- зр1внююч1 дшянки;
- анкерт дшянки;
- зр1внювальт стики;
Вщповщно до д1ючих норм Укрзатзнищ [1], примикання дшянок безстиково! коли необхщно здшснювати лише одним способом -через два зр1внювальт прольоти, довжиною 12,5 метр1в.
Стршочний перевщ типу Р65 марки 1/11 проекту КС6511-03.00.000 на затзобетонних брусах розроблено ВАТ «Керченський стршоч-ний завод» для застосування на дшянках з без-стиковою конструкщею коли. Особливютю да-ного переводу е те, що хрестовина мае подов-жений заднш витт. Вш заюнчуеться особливою конструкщею стику заднього вильоту хре-стовини. З'еднання рейок з хрестовиною вщбу-ваеться не торець у торець, як у звичайних стршочних переводах, а пщ кутом 4048' (рис. 1). Через це виникае загроза зр1зу бол-пв
П1д Д1ею температурних сил, при недотриманн1 юнуючих шструкцш по утриманню зр1внюю-чих прольот1в безстиково! коли.
Ось чому метою роботи е визначення па-раметр1в мщносп хвостового скр1плення хрес-товини дослщного стршочного переводу за умови забезпечення безпеки руху по1зд1в пщ д1ею осьових температурних сил.
Рис. 1. Схема примикання рейок з литою частиною хрестовини
Примикання безстиково! коли до стршочного переводу може вщбуватися по декшьком схемам: примикання безстиково! плт з перегону, плт, що розташована м1ж хрестовиною одного стршо-чного переводу та рамною рейкою шшого переводу, м1ж хрестовинами стршочних перевод1в. Розподш температурних зусиль м1ж стршочними переводами був показаний у багатьох роботах. Так, приклад, на рис. 2 показаний розподш температурних зусиль найнебезпечтшого вар1анту розташування безстиково! плт.
Розрахунок хвостового з'еднання дано! хрестовини зводиться до розрахунку стикових бо-лт1в на зр1з. При чому, найбшьш небезпечним е випадок вичерпання зазору м1ж отворами та болтами.
© Рибк1н В. В., Лисак В. А., Бурдюжа О. Л., 2011
Зпдно з [1], рекомендований температурний штервал закршлення безстиково! коли на тери-торп Укра!ни складае вщ 25 до 35 °С, а максимальна температура рейки досягае +61 °С Таким чином, при закршленш коли у даному д1а-пазош, найбшьшим шдвищенням температури вщносно температури закршлення складатиме 36 °С. При укладанш безстиково! коли не в ре-комендованому температурному д1апазош це число може збшыпуватися.
Р,
_
ПримиключЛ рейка
Лита члс-11.....
. xpeciciBiiHi!
ш
убС! боЛГШ
Рис. 3. Схема розподшу сил та реакцш, що дшть на стик заднього вильоту дано! хрестовини:
Рх - температурна сила в плт; Ры - пpoeкцiя температурно! сили на вгсь X; Р,у - проекщя температурно! сили на вгсь Г; N - нормальна реакщя основи; - сила тертя; - сила опору зр1зу бoлтiв; А - сила притискування бoлтiв; у - кут стругания рейок в задньому стику хрестовини
Як видно з рис. 3, утримуючими силами е сила опору болт1в зр1зу та сила тертя. Зр1заю-чою е проекщя температурно! сили на лш1ю з'еднання рейок (див. рис. 3).
Температурна сила, що виникае у рейках, залежить вщ площ1 поперечного перер1зу рей-
ки, матер1алу реики та зм1ни температури реи-ки вщносно температури закршлення. Для роз-рахунку найбшьш небезпечного випадку, необ-хщно приймати значения площ1 поперечного перер1зу рейки без зносу.
Вщповщно вимогам [1], температурш зу-силля в рейках визначаються за формулою
P =aEFAt,
(1)
Рис. 2. Схема розподшу температурних зусиль м1ж хрестовинами стршочних перевод1в
Поздовжнш розподшений ошр зеуву рейки по шпал1 складае 25 кН/м, а максимально мож-ливе шдвищення температури вщ температури закршлення з умов стшкосп досягае 56 °С для рейок типу Р65 [1]. Пров1вши елементарш роз-рахунки, легко отримати максимальну довжину «дихаючих кшщв», яка досягатиме 46 метр1в. Оскшьки, зпдно до [1] мшмальна довжина плт безстиково! коли складае 100 метр1в, то на стршочш переводи буде д1яти повна величина температурно! сили, що не залежатиме вщ дов-жини плт.
Основним принципом розрахунку е визна-чення коефщента запасу мщност1, який визна-чаеться як вщношення утримуючих сил до зр1-заючих [4].
де а - коефщент температурного розширення стат, що дор1внюе 1,18 10-5 0С-1;
Е - модуль пружност1 рейково! стал1, що дор1внюе 2,1 105 МПа;
^ - площа поперечного перер1зу рейки; М - р1зниця м1ж температурою рейки, при якш визначають напруження, \ температурою закршлення плт на шпалах, °С;
Так як рейки примикають до заднього стику хрестовини шд кутом у, то сила тертя буде ви-значатися за формулою
Fmv = N ц,
(2)
де ц, - коефщент тертя рейково! crari, що ви-значаеться зпдно з [4] (ц, = 0,25);
Сила реакцп опори визначаеться з умови pi-bhoctí нулю суми ycix проекцш сил на вюь дп сили реакци опори. Тому вона буде склад атися з проекцп температурно! сили та сили притискування болт1в:
N = Pt sin у + A cos у . (3)
Якщо при затягуванш болта гайкою знехту-вати скручуванням, що допустимо при змазанш pÍ3b6i, то величину поздовжньо! сили, що д1е на болт можна визначити за формулою:
A =
2-к-M
h + я • ц • (d + D)'
(4)
де М - зовшшнш крутячий момент, що при-кладений до гайки, р1вний, зпдно до [1], М =600 Нм;
И - крок нар1зки р1зьби на болтах (для рейок типу Р65 И = 3,5 мм);
d - д1аметр середнього круга тертя нар1зки гайки по нар1зщ болта;
О - д1аметр середнього круга тертя гайки по рейщ;
Поставивши формулу (4) та (1) в (3), а результат в формулу (2) отримаемо розрахункову формулу, за якою буде визначатися сила тертя:
(
F =
тр
aEFAt sin у -
2%M
Л
h + %y.(d + D)
cos у
Ц. (5)
Розрахункове зусилля, що може витримати бо-лтове з'еднання, розраховуегься за формулою:
Кп = К 1ъАъпП
(6)
де ЯЪ!1 - розрахунковий ошр болтових з'еднань, що залежить вщ класу стал1 болт1в;
уъ - коефщент умов роботи;
Аъ - розрахункова площа перер1зу стержня болта;
п5 - кшьюсть поверхонь зр1зу;
п - кшьюсть болт1в;
Утримуюче вщ зр1зу зусилля (див. рис. 3) буде р1вним алгебрашнш сум1 сили тертя та си-ли опору болпв зр1зу:
К = К
ут ОГ
К
тр '
(7)
Кут = 1ъАъПП +
аЕК & 8ш у -
2кМ
к + + П)
С08 у
Ц. (8)
Кзр = Рх =аЕКAt С08 у .
(9)
Оскшьки коефщ1ент запасу мщноси визна-чаеться як вщношення утримуючих зусиль до зр1заючих, то його формула буде мати вигляд:
К = ,
К! '
(10)
К = аЕКЫС08у/[уъАъпхп -
аЕК А^ 8ш у -
2лМ
к + + П)
С08 у
, (11)
шпалах та 1снуючою температурою реиок на момент вимру. Тому коефщент запасу мщнос-т1 визначали для р1зних клас1в стал1 при максимально можливому, зпдно з рекомендащя-ми [1], шдвищенню температури рейки в пор1-внянш з температурою закршлення, що складае 36 0С. На рис. 4 приведений графш залежносп коефщенту запасу мщносп вщ класу ста-л1 болнв. Даний графш нелшшний з непостш-ним приростом при змш1 класу стал1, з якого виконаш болти, що доводить неможливють пе-рерахунку даного параметру шляхом добутку на сталий коефщент.
Поставивши в формулу (7) формули (6) та (5), отримаемо розрахункову формулу визна-чення зусилля, утримуючого вщ зр1зу:
При схем1, розглянутш на рис. 3 зр1заюча сила буде чисельно р1вною проекцп температурного зусилля в рейщ на лш1ю зр1зу рейки
Поставивши в формулу (10) формули (8) та (9), отримаемо розрахункову формулу визна-чення коеф1щенту запасу мщносп при зр1занш болнв температурною силою:
Мщнють буде забезпечуватися, якщо коеф1-щент запасу мщносп буде залишатися бшьшим одинищ на протяз1 усього штервалу можливого шдвищення температури.
Очевидно, що найнебезпечшшим вар1антом буде момент часу найбшьшо! р1знищ температур м1ж температурою закршлення плт на
Рис. 4. Залежшсть коефщенту запасу мщносп ввд класу стал1 болпв:
1 - коефщент запасу мщностц 2 - граничний коефщент запасу мщносп
Проанал1зувавши рис. 4, були зроблеш ви-сновки про клас болнв, що задовольняють умо-вам мщносп. Тому подальш1 розрахунки для максимально можливого шдвищення температури рейки в пор1внянш з температурою закрь плення проводилися для клас1в стал1 8.8 та 10.9. Для шших клас1в стал1 було проведено досл1-дження границ! мщносп в залежносп вщ змши температури. Граф1к залежносп коефщ1енту запасу мщносп вщ змши р1знищ температур рейки та температури закршлення плт для болпв з1 стал1 класу 8.8 зображений на рис. 5.
Проанал1зувавши рис. 5, стае ясно, що мщнють заднього стику хрестовини буде забезпечуватися при дп поздовжньо! сили, що менша температурно! сили в рейщ, яка вщповщае р1з-ниц1 температур у 36 °С. Допустиме шдвищення температури з умов мщност1 б1льше, н1ж ма-ксимальне значения шдвищення температури при укладанш пл1тей у рекомендованому [1] ¿н-тервал1, тому болти з1 стал1 класу 8.8 витрима-ють температурн1 навантаження.
Для досл1дження даного питания для болпв з1 стал1 класу 10.9 був побудований граф1к за-лежносп коеф1ц1енту запасу м1цност1 в1д змши р1знищ температур рейки та температури закр1-плення пл1т1, який зображений на рис. 6.
3 рис. 6 легко побачити, що мщнють заднього стику хрестовини буде забезпечуватися на-
в1ть у тому випадку, якщо плиъ буде укладена не в рекомендований температурний д1апазон 1 буде витримувати поздовжню силу, екв1вален-тну температурному зусиллю при р1знищ температур закршлення та температури рейки при вим1р1 зусиль. Стиков1 болти з1 стал1 класу 10.9 будуть забезпечувати мщшсть заднього стику хрестовини при дп температурних зусиль на-в1ть при укладанш безстикових плггей з занижениям рекомендованого температурного д1а-пазону на 10 °С. Тобто мшмальна температура укладання безстиково! коли, що примикатиме до дослщного стршочного переводу, буде скла-дати 15 °С.
47,5 50
РЬниця температур, °С
Рис. 5. Графш залежносп коефщенту запасу мщносп вщ змши р!знищ температур рейки та температури закршлення плт для болпв з1 стал! класу 8.8: 1 - коефщент запасу мщносп; 2 - граничний коефщент запасу мщносп; 3 - максимально можлива змша температури зпдно ЦП 0081
РЬниця температур, °С
примикатиме до досл1дного стр1лочного переводу, повинна складати 36.. .41 0С.
Рис. 6. Графш залежносп коефщенту запасу мщносп вщ змши р!знищ температур рейки та температури закршлення плт для болпв з1 стал! класу 10.9:
1 - коефщент запасу мщносп; 2 - граничний коефщь ент запасу мщносп; 3 - максимально можлива змгна температури зпдно ЦП 0081
На рис. 7-9 показан! залежносп коефщен-т1в запасу мщност! вщ змши р!знищ температур рейки та температури закршлення плт для болт1в з1 стал! клас1в 5.6, 5.8, 6.6 вщповщно.
Анал1зуючи графши 7-9, можна зробити ви-сновок, що болти з1 стал! класу до 6.6 включно забезпечують мщшсть заднього стику хрестовини, при дп поздовжньо! сили, екв1валентно1 дй температурно! сили у рейщ, при р1знищ температур закршлення та температури рейки при вимр1 зусиль 20...25 ос. Тобто мшмальна температура укладання безстиково! коли, що
1
5 1 ! 0, I о, I 0,
5 о,
I о, I о, I 0, 0,
РЬниця температур, °С
Рис. 7. Графш залежносп коефщенту запасу мщносп вщ змши р!знищ температур рейки та температури закршлення плт для болпв з1 стал! класу 5.6: 1 - коефщент запасу мщносп; 2 - граничний коефщент запасу мщносп
1,10 1,00 ■ 0,90 1 0,80 0,70 0,60 0,50 ' 0,40 0,30 0,20
32,5 3
РЬниця температур, °С
Рис. 8. Графш залежносп коефщенту запасу мщност! вщ змши р!знищ температур рейки та температури закршлення плт для болпв з1 стал! класу 5.8: 1 - коефщент запасу мщносп; 2 - граничний коефщент запасу мщносп
■Ц 1 I 1
с
8 0, х
I
0,
о
" 0,
32,5 35
РЬниця температур, °С
Рис. 9. Графш залежносп коефщенту запасу мщност! вщ змши р!знищ температур рейки та температури закршлення плт для болпв з1 стал! класу 6.6 1 - коефщент запасу мщностц 2 - граничний коефщент запасу мщносп
Враховуючи д1апазони температур на тери-торп Укра!ни та точшсть вим1ру температури рейок за д1ючими методиками, можна зробити висновок, що мщшсть заднього стику хрестовини для вказаних клас1в болт1в знаходяться в одному температурному д1апазош, а результата е тотожними.
Наведеш вище даш були отримаш при вра-хуванш нормативного моменту затягування болпв. Пщ час експлуатацй стиков! болти можуть ослабнути 1 цим зменшити запас мщност! заднього стику хрестовини. Тому був проведений
"а 0
Е I
5 .=? 0
2
2
3
2
розрахунок коефщента запасу мщносп задньо-го стику хрестовини без урахування сили тертя:
К =
аЕЕ At 008 у
К У ъАъПп
(12)
По результатах розрахунку були побудоваш графши, яю зображеш на рис. 10-11.
1 1
>
I-1
2 И о.
х х
:На & 0
ф 0. о
" о,
о
47, 5 50
РЬниця температур, °С 4
Рис. 10. Граф1к дослщження впливу сили тертя на коефщент запасу мщносп для болпв з1 стал1 класу 8.8:
1 - коефщент запасу мщносп з урахуванням сили тертя;
2 - граничний коефщент запасу мщносп; 3 - коефщент запасу мщносп без урахування сили тертя; 4 - максимально можлива змша температури зпдно ЦП 0081
47, 5 5
РЬниця температур, °С
Рис. 11. Граф1к дослщження впливу сили тертя на коефщент запасу мщносп для болпв з1 стал1 класу 10.9:
1 - коефщент запасу мщносп з урахуванням сили тертя;
2 - граничний коефщент запасу мщностц 3 - коефщент запасу мщносп без урахування сили тертя; 4 - максимально можлива змша температури зпдно ЦП 0081
Проанатзувавши рис. 10 та 11, можна з упевнешстю сказати, що сила тертя слабко виливае на коефщент запасу мщносп заднього стику хрестовини на зр1з, ¿, враховуючи юную-чу методику вим1ру температури та динамшу змши температури рейки, силою тертя можна знехтувати для даного розрахунку. Кр1м того, вплив сили тертя зменшуеться з1 збшьшенням р1знищ температур рейки та температури закр1-плення плт, тому при невеликш р1знищ згаду-ваних температур сила тертя мае суттевий вплив на коефщент запасу мщносп.
Сила тертя м1ж рейкою та литою частиною хрестовини несуттево впливае на коефщент запасу мщносп для заднього стику дано! хрестовини на зр1з при максимальнш можливш р1знищ
температур реики шд час визначення зусилля та тд час закр1плення плт на шпат 36 0С.
висновки
При використанш болпв з1 стат клас1в 8.8 та 10.9 буде забезпечуватися мщшсть заднього стику хрестовини типу Р65 марки 1/11 проекту КС1002.00.000 при укладанш пштей безстиково! коли у рекомендованому д1апазош температури закршлення [1]
При використанш болпв з1 стал1 класу 10.9 буде забезпечуватися мщшсть заднього стику дано! хрестовини, нав1ть, при укладанш плпей безстиково! коли з порушенням рекомендова-ного температурного д1апазону [1] до 10 ос у сторону його понижения.
Для визначення ступеню впливу подовжен-ня рейково! плт в результат! вичерпання зазо-р1в м1ж болтами та отворами в рейках на коефь щент запасу мщносп заднього стику хрестовини необхщно провести додатков1 розрахунки.
Б1БЛ10ГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК
1. Техшчт вказ1вки по улаштуванню, укладанню, ремонту I утриманню безстиково! коли на заль зницях Украши. ЦП-0081 [Текст]: Затв.: Наказ Укрзал1знищ 25.01.02. №34-Ц / Мш-во трансп. та зв'язку Украши. - К., 2002. - 106 с.
2. Практичш рекомендацп щодо проведения входного контролю якосп матер1ал1в верхньо! будо-ви коли [Текст] : рекомендаци / за ред. В. О. Яковлева. - Д.: Дншропетр. нац. ун-т за-л1зн. трансп. 1м. акад. В. Лазаряна, 2003. - 196 с.
3. Протокол ради експерпв з техшчних питань по тем1 3 колшно! тематики: «Розробка матер1ал1в по зал1зобетонним шпалам, брусам та стршоч-ним переводам» [Текст]. - Угорщина, 2000.
4. Стальные конструкции. СНиП 11-23-81 [Текст] Утв.: Постановление Госстроя СССР 14.08.81 № 144 / Госстрой СССР. - М.: 1990. - 96 с.
5. Взаимодействие пути и подвижного состава [Текст] : учеб. для вузов ж.-д. трансп. / под ред. М. А. Фришмана. - М.: Гос. трансп. ж.-д. изд-во, 1956. - 181 с.
6. Правила розрахуншв зал1знично! коли на мщшсть 1 стшшсть. ЦП-0117 [Текст]: Затв.: Наказ Укрзал1знищ 13.12.04. № 960-Ц / Мш-во трансп. та зв'язку Украши. К.: 2006. - 168 с.
7. Болты для рельсовых стыков железнодорожного пути. Технические условия. ГОСТ 11530-93 [Текст] : Утв.: Постановление Комитета Российской Федерации по стандартизации, метрологии и сертификации 02.06.94 №160. - М.: Изд-во стандартов, 1994. - 10 с.
Надшшла до редколегп 27.01.2011.
Прийнята до друку 28.01.2011.
2
3
4
