CC BY
27
УДК 625.143.07
ОМАРОВА Г.А., к.э.н., доц. (Казахский университет путей сообщения)
Исследование упругих осадок шпал
Введение
Известно, что наиболее благоприятное взаимодействие пути и подвижного состава обеспечивается при максимальной равноупругости подрельсового основания. И наоборот, неравноупругость является основной причиной неравномерности остаточных осадок шпал, которая в свою очередь вызывает появление опасных расстройств пути в целом.
Основной материал. Исследования упругих и остаточных осадок шпал в эксплуатационных условиях были проведены П.П. Цукановым [1], на основе которых доказано, что между закономерностями изменения упругих и остаточных осадок шпал и, процессом развития неисправностей пути по уровню имеются тесные корреляционные связи. Однако при этом не рассматривался вопрос о влиянии зернового состава щебня на неравномерность осадок шпал.
Изучение влияния зернового состава щебня на величину упругих и пластических (остаточных) деформаций щебеночного балласта проводилось в Австрии [2].
Исследования показали, что при щебне недостаточной прочности упругие деформации возрастают в два раза, а пластические (остаточные) деформации - в пять раз по сравнению со щебнем высокого качества.
При исследованиях [3] ставилась задача выявить в условиях действующего пути различие в упругости подрельсового основания и особенно ее неравномерности в зависимости от зернового состава щебня. Для этих целей были использованы хорошо обкатанные опытные участки, заложенные на экспериментальном кольце
ВНИИЖТа АО «РЖД». Опыты проводились при щебне из гранита и песчаника при железобетонных шпалах. При этой влияние упругости шпал сводилось к минимуму.
Наиболее важным показателем является неравномерность упругих осадок, которая, в конечном счете, приводит к появлению неравномерных остаточных осадок и общему расстройству пути. Опыт показал, что, прослеживается тенденция возрастания неравномерности упругих осадок по мере увеличения крупности зерен щебня при любой его породе. В этом отношении целесообразно применять более мелкий щебень (до определенного предела).
Аналогичная тенденция прослеживается и в отношении величины упругих уклонов вдоль пути и их неравномерности.
При щебне фракции 25-50 мм как уклоны, так и их неравномерность в 1,18-1,93 раза меньше, чем при щебне 25-70 мм. Известно, к каким последствиям приводят динамические уклоны и как они отражаются на перерасходе локомотивами топлива и электроэнергии. Щебень фракции 1540 мм обеспечивает достаточно хорошую равноупругость и равномерность упругих продольных уклонов, однако нецелесообразность его использования для балластного слоя вытекает из других показателей (недостаточная устойчивость при воздействии вибрационной нагрузки и др.).
В практических расчетах на эксплуатируемых участках пути используют эмпирические формулы, связывающие осадку у, мм, поверхности балласта и пропущенный тоннаж Т, млн. т брутто.
Накопление остаточных деформаций на всех трех стадиях интенсивности развития остаточных деформаций можно описать двучленной формулой вида [4]:
У =
Т
а1 + Ь1Т
+ аТъ
(1)
0. Используя полученные значения, получим следующие зависимости: при железобетонных шпалах
у = 0,0094i + 0,19,
(2)
где а1, Ь1 а2, В - эмпирические коэффициенты, характеризующие изменение прочностных характеристик в процессе многократного загружения, засорения и увлажнения балласта, которые определяются путем аппроксимации экспериментальной зависимости у(Т).
Главный показатель накопления остаточных деформаций в балласте в процессе эксплуатации - величина динамических сил, передаваемых на балласт под поездами.
Учитывая прямую пропорциональную зависимость между удельными давлениями и интенсивностью накопления остаточных осадок, составим уравнения у1 = ф^Г). Для пути с деревянными и железобетонными шпалами. При этом исходным значением интенсивности накопления остаточных осадок будет ее величина при отсутствии неровностей на рельсах. По данным С.Н. Попова, она составляет 0,100,12 мм/млн. т [5]. Учитывая, что в данных опытах остаточные осадки измерялись по откосной нити, где они накапливаются быстрее, чем на междупутной, а также имея в виду результаты экспериментов, примем значение интенсивности накопления остаточных осадок пути при деревянных шпалах и отсутствии неровностей равным 0,14 мм/млн. т. Удельные давления на балласт при железобетонных шпалах и отсутствии неровностей примерно на 35% больше чем при деревянных. Соответствующее значение интенсивности будет 0,19 мм/млн. т. Это совпадает с результатом экстраполяции до г =
при деревянных шпалах
у = 0,0070г + 0,14, (3)
Сравнивая интенсивности накопления остаточных осадок, полученные экспериментально без неровностей можно убедиться в значительном влиянии вибраций в балласте на интенсивность накопления остаточных осадок пути при железобетонных и деревянных шпалах. При наличии неровностей на поверхности катания рельсов указанные различия в жесткости и влияние их на работу элементов верхнего строения пути проявляются наиболее резко [6, 7]. Именно в этом случае следует ожидать наибольшей разницы в накоплении остаточных осадок пути с обоими видами шпал, так как неровности являются источником дополнительных динамических сил, а, следовательно, и вибраций балласта.
Неравномерность осадки одной рельсовой нити по отношению к другой фиксируется на ленте вагона путе-измерителя, и все неисправности, выходящие за пределы допусков, штрафуются баллом по специально разработанной шкале.
Неравномерности осадки, еще не вышедшие за пределы допусков, также представляют интерес для анализа устойчивости пути в вертикальной плоскости. Чем более пилообразная запись состояния пути по уровню (хотя она и не выходит за пределы допусков), тем хуже состояние пути, т.е. тем больше отрясенных шпал, потайных толчков и других неисправностей, зависящих от под-шпального основания.
Если среднеквадратические отклонения разности осадок рельсовых нитей нанести на график, то видно, что между ними имеется определенная связь в первом приближении ее можно принять линейной. В этом случае при подсчете первым способом между а и ! имеет место следующая зависимость:
^ = 40,0а-68,5
(4)
При определении а по второму способу указанная зависимость приобретает вид
I' = 37,0•а' -26,3
(5)
I
где у - протяжение пути, требующее исправления по уровню;
Г Г"
а и I - средние квадратические отклонения разности осадок рельсовых нитей.
В настоящее время оценка состояния пути по статистическим характеристикам реализована на путеизмерителе ЦНИИ-4 [8].
Планово-предупредительная выправка пути предназначена для восстановления равноупругости подшпального основания и уменьшения степени неравномерности отступлений по уровню и в плане, а также просадок пути [9].
Назначение планово-
предупредительной выправки пути производится по результатам проверки путеизмерительным вагоном на участках с незначительным количеством негодных шпал и скреплений и чистым балластом, исходя из основных критериев, приведенных в табл. 1. При превышении показателей негодности и дефектности элементов ВСП значений, указанных в табл. 2, должны проводиться подъемочный или средний ремонты.
Таблица 1
Критерии выбора участков, подлежащих планово-предупредительной выправке
пути
Класс пути Основные к жтерии Дополнительные критерии, %
Количество Загряз- Негодные Шпалы с Негодные
отступлении II степени *, ненность щебня, % деревянные шпалы выплесками скрепления
шт./км, более по массе
1 и 2 Группа Б, В 20
Группа Г, Д 25 менее 30 6 2 10
3 30 менее 30 10 4 15
4 40 менее 30 15 5 20
5 по усмотрению начальника дистанции пути
*По показаниям вагона-
путеизмерителя в среднем за 3 месяца без учета отступлений по ширине колеи.
Таблица 2
Сопротивление сдвигу шпал типов ШС-1 и ШСТ-1
Тип шпалы Сопротивление сдвигу, процент
полное по подошве по торцу по боковой поверхности
ШС-1 100 41,3 13,5 45,3
ШСТ-1 ПО 49,9 17,9 42,2
Коэффициент изменения 1,10 1,21 1,33 0,93
В процессе планово-
предупредительной выправки пути выполняется:
- сплошная выправка пути с подбивкой шпал;
- рихтовка пути;
- частичная замена негодных шпал и элементов скреплений; регулировка стыковых зазоров;
- удаление регулировочных прокладок из-под подошвы рельсов и сплошное закрепление клеммных и закладных болтов при скреплении КБ;
- другие работы, входящие в перечень текущего содержания пути (если они требуются).
Для железных дорог актуальной и своевременной является проблема разработки и научного обоснования системы рационального использования железобетонных шпал, как в главных путях, так и в станционных от первой до третьей категорий.
Выводы
Накопление остаточных деформаций на трех стадиях интенсивности развития остаточных деформаций подчиняется полученным выше зависимостям. Предложена методика назначения планово-предупредительной выправки пути, которая производится по результатам проверки путеизмерительным вагоном на участках с незначительным количеством не-
годных шпал и скреплений и чистым балластом.
Список литературы
1. Цуканов П.П. Исследование упругих и остаточных, осадок шпал / П.П. Цуканов // Труды ЦНИИ МПС, вып. 137. - М. : Трансжелдориздат, 1957. - 136 с.
2. Сварка рельсов в пути на железных дорогах Северной Америки [Электронный ресурс]. - Режим доступа : www.css-rzd.ru/zdm/02-2003/02033. htm.
3. Карпущенко Н.И. Управление техническими состояниями пути / Н.И. Карпущенко, В.А. Грищенко, Г.К. Щепотин. - Новосибирск : СГУПС, 1995. - 2005 с.
4. Лысюк В.С. Надёжность железнодорожного пути / B.C. Лысюк, В.Б. Каменский, Л.В. Башкатова. - М: Транспорт, 2001. - 286 с.
5. Попов C.H. Балластные материалы на железных дорогах. // Труды ЦНИИ МПС, вып. 4. - Трансжелдориздат, 1961. -116 с.
6. Положение о порядке организации работы и использования информации, полученной вагонами-путеобследовательскими станциями ЦНИИ-4 / ОАО «РЖД». - М.: ИКЦ «Академкнига», 2004. - 23 с.
7. Управление техническими состояниями пути / Н.И. Карпущенко, В.А. Грищенко, Г.К. Щепотин. - Новосибирск: СГУПС, 1995. - 2005 с.
8. Лысюк В. С. Прочный и надежный железнодорожный путь / В.С. Лысюк,
В Н. Сазонов, Л.В. Башкатова. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2003. - 589 с.
9. Омаров А.Д. Земляное полотно железных дорог Казахстана / А.Д. Омаров. - Алматы : Изд-во «Бастау», 2000. - 208 с.
Аннотации:
В статье предложена методика назначения планово-предупредительной выправки пути, которая производится по результатам проверки путеизмерительным вагоном на участках с незначительным количеством негодных шпал и скреплений, а также чистым балластом и изучения упругих осадок шпал.
Ключевые слова: путеизмеритель, шпала, скрепление, упругость.
У статп запропонована методика призна-чення планово-запобгжно! виправки шляху, яка робиться за результатами перевiрки шляховимiрю-вальним вагоном на далянках з незначною шльшс-тю непридатних шпал i скрiплень i чистим балас-том i вивчення пружних оадань шпал.
Ключов1 слова: шляховимiрювач, шпала, скршлення, пружнiсть.
In article the technique of appointment preventive maintenance of railway which is made by results of check by track measurement car on sites with insignificant quantity of unusable sleepers and a pure ballast and studying elastic deposits of sleepers is offered.
Key words: track measurement car, sleeper, fastening, elasticity.
