CC BY
148
ГРНТИ 73.29.11
К. Б. Адильбекова1, Д. Ж. Каербеков2, А. С. Медведев3, Н. Д. Ставрова4
1А3студенты, Факультет металлургии, машиностроения и транспорта, Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова, г. Павлодар, 140008, Республика Казахстан; 4ст. преподаватель, Факультет металлургии, машиностроения и транспорта, Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова, г. Павлодар, 140008, Республика Казахстан е-mail: '[email protected]; [email protected]; [email protected]; [email protected]
РЕКОНСТРУКЦИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ С ЦЕЛЬЮ УВЕЛИЧЕНИЯ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ
В статье рассмотрены проблемы, связанные с организацией перевозок на железной дороге в Республике Казахстан. В частности, произведен анализ современного состояния развития железных дорог и перспективы их реконструкции с применением длинных стометровых рельсов.
В основной части статьи рассмотрены основные этапы по внедрению длинных рельсов: производство, транспортировка и укладка. Производство длинных стометровых рельсов в Казахстане налажено на Актюбинском рельсобалочном заводе. Укладка длинномерных рельсов производства Актюбинского рельсобалочного завода, отличающихся высокими эксплуатационными и техническими характеристиками, увеличивает протяженность бесстыковых участков магистрали.
Для обеспечения транспортировки длинных рельсов в статье рассмотрен специальных подвижной состав и приспособления. Также описано оборудование и машины для подготовки путей и укладки рельсов на железнодорожных магистралях Казахстана.
Ключевые слова: реконструкция, рельсы, стыки, железнодорожный путь, бесстыковой путь, наибольшая допускаемая скорость, закалка.
ВВЕДЕНИЕ
Казахстан обладает разветвлённой сетью железных дорог общей протяжённостью около 15341 километров (2013 г.); 6 тысяч из которых двухпутные и около 5 тысяч - электрифицированные. Развёрнутая длина главных путей - 18,8 тыс. км, станционных и специальных путей - 6,7 тыс. км. Значение железнодорожного транспорта в Казахстане очень велико. Более 68 % всего грузооборота и свыше 57 % пассажирооборота страны приходится на долю железных дорог. В железнодорожной отрасли на 2013 год, было занято более 160 тысяч человек, что составляло почти 1 % населения Казахстана (16 911 на 2013 год).
Большая часть сети находится под управлением Казахстанских железных дорог, малая часть относится к ведомствам горнодобывающих и нефтедобывающих отраслей [1].
Железнодорожный путь - это комплекс инженерных сооружений и
и и и и
обустройств, образует дорогу с направляющей рельсовой колеей, предназначен для бесперебойного круглогодичного обращения подвижного состава; является одним из важнейших технических средств железных дорог. Железнодорожный путь состоит из нижнего и верхнего строений. Верхнее строение пути
обычной конструкции состоит из рельсошпальной решетки, образованной рельсами, соединенными между собой стыковыми накладками, а со шпалами -промежуточными скреплениями, заглубленными в балластный слой, который вне искусственных сооружений опирается на основную площадку земляного полотна.
От состояния железнодорожного пути зависят непрерывность и безопасность движения поездов, объемы перевозок, а также эффективность использования подвижного состава [2].
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
Железнодорожный транспорт является важнейшим элементом экономики и транспортной системы государства [5].
Как с экономической, так и с экологической точек зрения грузовые железнодорожные перевозки необходимо считать наиболее предпочтительными при перевозках массовых перевозок грузов на дальние расстояния.
Одними из основных направлений развития транспорта является проектирование и создание высокоскоростных железнодорожных магистралей; совершенствование конструкции верхнего строения пути [6].
Реконструкция (модернизация) железнодорожного пути направлена на повышение прочности, несущей способности, стабильности, долговечности и других показателей надежности как железнодорожного пути в целом, так и его составных частей и элементов, обеспечивающих продление продолжительности жизненного цикла, сокращение трудоемкости и стоимости технического обслуживания пути и получение экономического эффекта при его эксплуатации.
Реконструкция железнодорожного пути, на котором намечается обращение пассажирских поездов со скоростями более 200 км/ч, должна выполняться в рамках комплексной реконструкции инфраструктуры железнодорожной линии по специально разработанным нормативам и требованиям.
Реконструкция железнодорожного пути должна проводиться в первую очередь на линиях 1-3 классов, подготавливаемых для скоростного движения пассажирских поездов, увеличения пропускной и провозной способности, повышения нагрузки на ось. Реконструкция больших мостов, тоннелей, галерей и автодорожных путепроводов должна проводиться по отдельным проектам.
Железнодорожный транспорт на перевозку грузов затрачивает в 7 раз меньше энергии, чем автомобильный транспорт и является наиболее экологически чистым.
Для повышения конкурентоспособности железнодорожного транспорта необходимо решить ряд проблем, таких как: повышение скорости движения и широкое применение бесстыкового пути.
Бесстыковой путь (или бархатный) - условное наименование железнодорожного пути, расстояние между рельсовыми стыками которого значительно превосходит длину стандартного рельса (25 метров) [3].
Техническое и технологическое отставание железнодорожного транспорта Казахстана стало причиной снижения его конкурентоспособности по сравнению с другими видами транспорта в сфере пассажирских перевозок.
В Казахстане удельный вес скоростных сообщений пока незначителен в общем объеме железнодорожных пассажирских перевозок. Высокоскоростные линии (со скоростями движения более 250 км/час) отсутствуют.
Максимальная скорость пассажирских поездов сейчас - 140 километров в час.
Повышение скорости движения поездов должно осуществляться последовательно. Для скоростного движения должны реконструироваться существующие железнодорожные магистрали с максимальной скоростью движения пассажирских поездов не более 160-200 км/ч, и должны создаваться высокоскоростные специализированные железнодорожные магистрали (ВСМ) со скоростью движения поездов до 350 км/ч.
Так, средняя скорость поезда «Тулпар-Тальго» составляет 140 км в час, в то время как средняя участковая скорость движения на высокоскоростной линии Ухань - Гуаньчжоу в Китае протяженностью около 1 тыс. км превышает 310 км в час, а поездов TGV во Франции на ряде ВСМ (высокоскоростных магистралей) - от 250 до 275 км в час.
Перспективным направлением является создание выделенных линий для организации высокоскоростного движения пассажирских, и ускоренного движения грузовых поездов - высокоскоростных магистралей.
Широкое применение бесстыкового пути, при которых уменьшаются, динамические нагрузки на колесо и снижается вибрация, влияющая на утомляемость пассажира.
Для каждого движущегося поезда существует наиболее возможная для него скорость, которую поезд может развить в зависимости от состояния пути -наибольшая допускаемая скорость, ограничиваемая правилами движения поездов. Для возможности обращения поездов большой скорости требуется прочное устройство пути и наименьшее сопротивление движению
Например, в данный момент стандартная длина рельсов нормальной колеи 12,5 и 25 м [3].
В таком случае, если продолжать использовать 25-метровые рельсы, то на 1 км пути будет большее количество стыков, чем при использовании 100-метровых рельсов, что не благоприятствует скоростному движению. Для организации скоростного движения предпочтительнее использовать длинномерные (100-метровые) рельсы (рисунок 1), поскольку они уменьшают количество стыков [14]. Итак, рассмотрим основные этапы по внедрению 100-метровых рельс на железные дороги Казахстана.
Производство. В Казахстане имеется Актюбинский рельсобалочный завод (далее АРБЗ), на котором производятся длинномерные рельсы ДТ350СС, которые предназначены для укладки железнодорожных путей широкой колеи скоростного совмещенного движения; имеют усовершенствованную геометрическую форму, обеспечивают плавное передвижение вагонов, комфорт пассажирам, позволяют развивать товарным составам высокую скорость, до 250 км/час [15].
Укладка длинномерных рельсов производства АРБЗ, отличающихся высокими эксплуатационными и техническими характеристиками, увеличивает протяженность бесстыковых участков магистрали.
Рисунок 1 - Длинномерные 100-метровые рельсы
Данная продукция обеспечивает плавность и комфорт при движении пассажирских поездов, а также позволяет грузовым составам развивать повышенную скорость. АРБЗ является единственным на территории Евразийского экономического союза производителем длинномерных (120 метров) железнодорожных термоупрочненных рельсов стандарта Р-65. Это, в свою очередь, обеспечивает скоростное движение поездов, снижение расходов на содержание подвижного состава и самого пути, а также сокращает время в пути для пассажиров [5].
Технология изготовления длинномерных рельсов основана на дифференцированной двухсторонней закалке головки и подошвы рельса сжатым воздухом с прокатного нагрева с последующим самоотпуском за счет тепла внутренних слоев рельса (без специального нагрева для отпуска), схема которой показана на рисунке 2. Рельсовая заготовка поступает из электросталеплавильного цеха. Там обеспечивается требуемый химический состав рельсовой стали (дозированное содержание хрома, алюминия, кислорода, водорода, ванадия и некоторых других элементов). Из нагревательной печи заготовка подается на рельсопрокатный стан. В клетях стана формируют геометрический профиль рельса. Установка двухсторонней закалки обеспечивает упрочнение головки рельсов без потери пластичности металла. Далее на холодильнике с помощью системы из 196 вентиляторов температура снижается за 2 часа с 550 °С до 60 °С с регулируемой переменной скоростью. Охлажденный рельс поступает на роликоправильный комплекс, придающий ему прямолинейность в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Наконец, с помощью методов неразрушающего контроля идет проверка качества рельсов (размеров профиля и прямолинейности
рельса, наличия внутренних и поверхностных дефектов). Схема производства стометровых рельсов представлена на рисунке 3.
Рисунок 2 - Дифференцированная закалка головки рельса воздухом
В результате рельсы категории ДТ-350 имеют более высокий по сравнению с объемнозакаленными рельсами категории Т1 комплекс физико-механических свойств: предел выносливости, циклическую трещиностойкость, прямолинейность, вероятность безотказной работы (эксплуатационную надежность).
Рисунок 3 - Общая схема производства стометровых рельсов
Рельсы аналогичны лучшим в мире рельсам производства японской компании Nippon Steel, которые также изготавливаются из стали с повышенным содержанием хрома и термически упрочняются путем закалки сжатым воздухом с прокатного нагрева [5].
Сравнение характеристик новых длинномерных и прежних 25-метровых рельсов приведено в таблице 1 [17].
Таблица 1 - Сравнение основных показателей новых длинномерных 100-метровых рельсов ДТ-350 и прежних 25-метровых рельсов Т1
Наименование сертификационных показателей Категория рельсов
ДТ350 (сталь Э76ХФ Т1 (сталь Э76Ф)
Твердость в шейке и подошве, НВ менее 352 и 363 менее 388
Ударная вязкость, Дж/см 15 25
Содержание кислорода, % менее 0,002 менее 0,004
Содержание алюминия, % менее 0,004 % менее 0,020
Содержание хрома, % 0,20-0,80 % менее 0,20 %
Работоспособность(вероятность безотказной работы), % 100 80
Транспортировка. Перевозка железнодорожных рельсов на платформе железнодорожного состава требует определенных навыков и соблюдения мер предосторожности. Рельсы длиной 1,25 м при железнодорожной перевозке могут загружаться в полувагоны или на платформы. При загрузке на железнодорожную платформу необходимо установить по краям платформы четыре пары стоек. Это зафиксирует рельсы и не позволит им во время перевозки рассыпаться. Высота стоек должна быть на 20 см выше уровня перевозимых железнодорожных рельсов. После загрузки парные стойки, расположенные друг напротив друга, связываются проволокой не тоньше 6 мм, причем не в одну нить, а, как минимум, в пять нитей.
Стометровые рельсы транспортируются по железнодорожным путям с помощью специально изготовленного сцепа из семи платформ, представленного на рисунке 4. Он сконструирован таким образом, что в ходе транспортировки при поворотах концы рельсов могут смещаться относительно оси сцепа, а центральная часть жестко стоит на месте. Это позволяет рельсам быть гибкими в поворотах и при этом не сдвигаться во время движения, торможения и ударения, что обеспечивает безаварийную и безопасную транспортировку.
Рисунок 4 - Сцеп из платформ для перевозки длинных рельсов
Данное оборудование при установке на платформы инвентарного парка позволяет обеспечить максимально возможную загрузку 100 метровыми рельсами на подвижном составе.
Рисунок 5 - Съемное оборудование для перевозки рельсов
Съемное оборудование для перевозки рельсов длиной 100 м (рисунок 5) применяется для размещения рельсов, погруженных с технологических линий металлургических комбинатов, и перевозки рельсов на склад рельсосварочных предприятий, реконструированных для приема рельсов длиной 100 м. Оборудование размещается на четырехосных платформах модели ПМ-820 или универсальных платформах моделей 13-401, 13-4012 с нагрузкой на ось 23,5 т.
Укладка. Существуют два способа укладки стыкового железнодорожного пути: раздельный и звеньевой. При раздельном способе на место укладки доставляют шпалы, рельсы и скрепления и эти элементы пути последовательно укладывают и собирают. Процесс укладки пути таким способом состоит из многих операций и поэтому трудно поддается механизации.
Звеньевая укладка пути предусматривает его монтаж из готовых звеньев, собираемых на специально оборудованных полигонах при более высокой степени механизации, чем это делается непосредственно на трассе дороги [4].
Строительно-монтажный поезд СМП состоит из путеукладчика и платформ, оборудованных универсальным съемным оборудованием УСО-4М, также в составе находятся моторно-дизельная платформа МПД для перетяжки пакетов РШР (рельсошпальной решетки).
После укладки путевой решетки на земляное полотно путь должен быть забалластирован и отрихтован на ось. При балластировке пути выполняются следующие операции:
- доставка и выгрузка балласта на земляное полотно;
- вывешивание путевой решетки и сдвиг её на ось;
- подведение балласта под вывешенную путевую решетку и его разравнивание;
- засыпка шпальных ящиков балластом с оправкой балластной призмы.
Балласт доставляется специальным подвижным составом, выравнивание и сдвиг
на ось путевой решетки, подведение под неё балласта и его разравнивание, засыпка шпальных ящиков и оправка балластной призмы при больших объемах работ производится тяжелыми балластировочными машинами непрерывного действия, а при малых объемах работ - моторными домкратами и путеподъемниками, а так же, балластировочными машинами легкого типа, тракторными дозировщиками и ползучими путеподъемниками.
При всех видах ремонтов и текущем содержании пути производится выправка его продольного и поперечного профиля (нивелировка пути), выправка пути в плане (рихтовка), а также уплотнение балласта под шпалами (подбивка шпал). Выправка поперечного профиля предусматривает устранение перекосов (выправка по уровню). Для механизации этих работ применяют выправочно-подбивочные и путерихтовочные машины, которые разделяются на две группы: цикличного действия, выполняющие одну или несколько операций за цикл с остановками у каждой шпалы, и непрерывного действия, выполняющие без остановок одновременно одну или несколько операций.
Для выправки и рихтовки пути применяются следующие машины:
- выправочно-подбивочно-отделочная машина ВПО-3000 производительностью до 3000 м/ч (применяется при выправке пути в продольном и поперечном направлениях, уплотнении балласта под шпалами, рихтовке и отделке пути при капитальном ремонте);
- выправочно-подбивочно-рихтовочная машина ВПР-1200 (применяется при текущем содержании пути на основных работах среднего и подъемочного ремонтов пути);
- выправочно-подбивочно-рихтовочная машина для пути и стрелочных переводов ВПРС-500;
- рихтовочная машина Р-2000,
- электробалластеры с рихтовочными устройствами [4].
ВЫВОДЫ
В условиях рыночной экономики одними из основных требований, предъявляемых к участникам железнодорожного рынка являются качество, надежность и скорость, а для обеспечения этих требований необходимы скоростные и надежные логистические маршруты.
Надежность и скорость - это основные показатели, к которым стремятся все операторы железнодорожных сетей, в связи с чем последние годы активными темпами проходит модернизация железных дорог.
Республика Казахстан имеет собственное производство длинных рельсов, оборудование и средства для транспортировки и укладки таких рельсов. Развитие производства вагонов Тулпар-Тальго в городе Астана, способных развивать скорость до 200 км/час, повышает необходимость реконструкции сети железных дорог.
Применение 100-метровых рельсов позволит упростить технологию, повысит безопасность, обеспечит плавность и бесшумность движения электропоездов, комфорт для пассажиров. Для организации скоростного движения предпочтительнее использовать именно длинные рельсы, поскольку они уменьшают количество стыков.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1 Рзаев, Т. К., Закиров, Р. С. Обеспечение ресурсосберегающих технологических решений при оздоровлении верхнего строения пути при скоростном движении поездов. - Алматы : Бастау, 2006. - 180 с.
2 Исаенко, Э. П, Нурупбекова, Г. С. О необходимости реконструкции земляного полотна магистральных железных дорог Казахстана // Инновационные технологии в развитии транспортно-коммуникационного комплекса Казахстана: Труды межд. научн.- техн. конф. - Алматы : КУПС, 2011 - С. 19-22
3 TOSMOS/FFE User Guide. Ver.1.75. USA, California, Los Angeles, Structural Research and Analysis
4 Омаров, А. Д., Закиров, Р. С. и др. Новые конструктивные элементы верхнего строения пути городского рельсового и железнодорожного транспорта / Под ред. Р. С. Закирова, Ч. 1. - Алматы : Бастау, 2000. - 166 с.
5 Актюбинский рельсобалочный завод: информационный портал. [Электронный ресурс]. - URL: http://www.arbz.kz
Материал поступил в редакцию 12.12.17.
К. Б. Эдтбекова, Д. Ж. Цаербеков, А. С. Медведев, Н. Д. Ставрова
Пойыз жYрiсiнiц жылдамдь^ын арттыру максатында тем1ржолды кайта куру
Металлургия, машинажасау жэне келж факультет^ С. ТораЙFыров атындаFы Павлодар мемлекетлк университет^ Павлодар к., 140008, Казахстан Республикасы.
Материал баспаFа 12.12.17 тYстi.
K. B. Adilbekova, D. J. Kaerbekov, A. S. Medvedev, N. D. Stavrova The rebuilding of the railway to increase speed of trains
Faculty of Metallurgy, Machine Building and Transport, S. Toraighyrov Pavlodar State University, Pavlodar, 140008, Republic of Kazakhstan.
Material received on 12.12.17.
Бул мацалада Цазацстан Республикасындагы тем1ржолда тасымалдалды уйымдастырумен байланысты мэселелер царастырылган. Оныц шшде тем1р жол дамуыныц цаз1рг1 жагдайына талдау жасалып, узын жуз метрлж рельстердщ цолдануымен тем1ржолда цайта цуру перспективалары царалган.
Мацаланыц негiзгi бвлтнде узын рельстердi пайдалануга енг1зудщ негiзгi Ke3e^epi кв[>сетшген, оныц штде рельстердi eHdipy, тасымалдау жэне твсеу бар. Щазацстанда узын 100 метрлж рельстердi eHdipy Ацтвбе рельс арцалыц зауытында жypгiзiледi. Жогары пайдалану жэне техникалыц сипаттамаларымен ерекшелшетш, Ацтвбе рельс арцалыц зауытында вндipiлген узын влшемдеpi pельстеpдi твсеу магистральдщ туйюпеЫз учаскелерШц узындыгын арттырады.
¥зын рельстердщ тасымалын цамтамасыз ету ушт бул мацалада арнайы жылжымалы цурам жэне цуралдар царалган жэне де Щазацстанныц темip жол магистральдертде жолдарды эзipлеyде жэне рельсте^ твсеуге арналган жабдыцтар мен машиналар кврсетшген.
The article considers the problems connected with transportation on the railway in the Republic of Kazakhstan. In particular, the analysis of the current state of development of Railways and the prospects for their reconstruction with the use of hundred-meter long rails.
In the main part of the article there are described the main steps for implementation of long rails — manufacture, transportation and laying. The production of hundred-meter long rail in Kazakhstan is established at the Aktobe rail and beam plant. Laying of long rails production Aktobe rail and beam plant of high operational and technical characteristics, increases the length of continuous sections of highway.
To ensure the transportation of long rail in the article of special rolling stock and accessories. Also describes the equipment and machines for the preparation of tracks and stacking the rails on railway lines in Kazakhstan.
