Серикбаева Айгуль Саиновна

г Караганда, Республика Казахстан

АНАЛИЗ ИССЛЕДОВАНИЙ, ПОСВЯЩЕННЫХ РАБОТЕ ПРОМЕЖУТОЧНЫХ РЕЛЬСОВЫХ СКРЕПЛЕНИЙ

Применение железобетонных шпал в конструкции бесстыкового пути поставило новые технические требования к промежуточным рельсовым скреплениям. К одному из важнейших технических требований относится обеспечение надежной и постоянной связи рельсов с основанием, при котором минимально снижается прижимное усилие при воздействии всего комплекса сил и обеспечивается стабильность положения рельсовых нитей [1].

В исследованиях М.Ф. Вериго [2], В.Г. Альбрехта [3], М.С. Боченкова [4], Г.М. Шахунянца [5] были определены силы угона, действующие на рельс, а также влияние элементов рельсовых скреплений на противодействие силам угона, как при деревянных, так и при железобетонных шпалах [6]. Главную роль в формировании сил сопротивления угону при железобетонных шпалах играют прикрепители рельсов к основанию, в отличие от противоугонов при деревянных шпалах. При этом необходимое усилие прижатия рельсов к подкладкам или непосредственно к шпале определяется из условия, что силы трения между подошвой и тем элементом, на который она опирается, исключили возможность ее проскальзывания по основанию при изгибе последнего в процессе прохода колес подвижного состава и образованию сил угона пути [7]. Кроме того, в [4] отмечено, что если в продольном направлении имеется достаточно упругая связь между основанием и рельсом, то рельс не будет срываться со своего основания, в последнем возникнут горизонтальные, упругие реакции, которые после снятия нагрузки вернут рельс в первоначальное положение.

В работе А.Д. Омарова [8], посвященной исследованию промежуточных скреплений на деревянных шпалах под нагрузкой рассмотрено влияние соотношения жесткостей клемм и прокладок на выполнение условия силового замыкания и отсутствия его «разрыва», а также предложена методика расчета необходимой жесткости прикрепителей и прокладок для указанных условий. В частности показано, что с уменьшением жесткости (Ж_пр) прокладок при неизменной жесткости клемм, величина соотношения жесткостей увеличивается, в связи с чем возможно более интенсивное ослабление первоначального натяжения при менее жестких прокладках, что подтверждается опытами [8]. Если же, наоборот, при неизменной жесткости (Ж_пр) снизить жесткость клемм, то вследствие уменьшения расстройства должны происходить медленнее [8].

Повышение усилий затяжки способствует снижению интенсивности расстройств, но не может коренным образом улучшить работу скреплений, т.к. приводит к нарушению прочности болтов, шайб, клемм, повышению жесткости соединения, увеличению затрат труда и энергии на подтягивание гаек с большими усилиями. Поэтому наиболее целесообразным (радикальным) по мнению С.П. Першина является уменьшение соотношения жесткости клемм и прокладки. При этом a нужно уменьшить за счет снижения жесткости клемм. Рекомендуется ориентировочно Ж_кл = (2¸3)·10⁴ кН/м, Ж_пр = (10¸15)·10⁶ кН/м с затяжкой гаек клеммных болтов до 15-18 кгс∙м (150¸180 Нм). При дальнейшем уменьшении жесткости клемм условия силового замыкания могут быть еще более благоприятными [8]. Рекомендуется и ориентировочно a = 0,07- 0,08.

Отмечено, что при увеличении колесных давлений (при более высоком модуле упругости пути) необходимо увеличивать и силу прижатия или изменить а, уменьшая жесткость клемм. В противном случае неизбежно увеличение интенсивности расстройств, что имеет место на пути с железобетонными шпалами. Уменьшение расстройств в связях рельсов с опорами способствует повышению колеи, снижению расходов по содержанию и ремонту пути, общему росту экономичности его эксплуатации.

Выводы А.Д. Омарова в работе [8] явились основополагающими в дальнейшем развитии теории проектирования упругих элементов промежуточных скреплений.

По исследованиям МГУПСа и ВНИИЖТ при современных конструкциях скреплений модуль упругости подрельсового основания в пути с железобетонными шпалами (без учета работы земляного полотна) [9] находится в пределах 140-180 МПа (летом) и 250-280 МПа (зимой). Оптимальный вертикальный модуль упругости подрельсового основания при железобетонных шпалах для современного подвижного состава по результатам совместных исследований МГУПСа и ДИИТа находится в круглогодичном цикле в пределах 50-100 МПа [10,11]. Исследованиями ДИИТа [12] это значение несколько уточнено и составляет 30-40 МПа, вычисленное исходя из ряда основных критериев математическими методами получения оптимальных решений. Такими критериями явились следующие условия: обеспечение наименьших силовых воздействий на путь, наименьших изгибных напряжений и контактных напряжений, наименьшего сопротивления движущегося поезда, наименьших напряжений в шпалах, балласте, на основной площадке земляного полотна. Исследованиями Омарова А.Д., Закирова Р.С. [13] определены необходимые упругие характеристики пружинных элементов и подрельсовых прокладок, исходя из задачи снижения жесткости пути и уменьшения перепада монтажных усилий прикрепителях под поездами. При этом предполагалось, что если упругие характеристики прокладок и пружинных элементов под прикрепителями в лучшем соответствии, то это позволит свести к минимуму расстройства узла скрепления. Приводятся методика и результаты исследований работы прокладок и узла скрепления в целом. Установлено также, что при прокладках с повышенной упругостью увеличивается напряжение в опасных сечениях путевых подкладок на 10,8%.

Авторами работы [13] предложена также методика расчета необходимой упругой характеристики пружинных элементов под прикрепителями, при которой снижение монтажных усилий не превышало бы установленного уровня при любой монтажной затяжке прикрепителей. При этом за критерий принят перепад монтажных нажатий 0,5 кН на 10 кН нагрузки на опору. В этом случае, по расчетам автора работы /26/ для закладных болтов необходимы шайбы с жесткостью 90,7 кН/см (с учетом изгиба подкладок) на интервале нагрузок на болт (шайбу) 10-20 кН при прокладках повышенной упругости. При этом для прокладки толщиной 7 мм требуемое значение жесткости составляет 180 кН/см. И далее делаются выводы о том, что пружинные элементы, рассчитанные по предложенной методике, позволят обеспечить длительное сохранение монтажных нажатий болтов. При этом в указанных исследованиях не приводятся расчеты необходимых характеристик, описывающих изменение натяжения болтовых соединений от пропущенного тоннажа. Ряд рекомендаций, вытекающих из указанной работы и касающихся проектирования упругих параметров узла скрепления, вписаны в «Технические требования по проектированию промежуточных рельсовых скреплений», разработанные ВНИИЖТ, МГУПС.

Исследованиями [14] установлено, что интенсивность снижения монтажных усилий в клеммных болтах в 1,5 раза выше, чем в закладных, а в уравнительном пролете в 2 раза выше, чем в средней части плети. При этом натяжение болтов с двухвитковыми шайбами сохраняются лучше, чем с более жесткими одновитковыми. Многочисленными исследованиями установлено, что с уменьшением жесткости прокладок интенсивность падения монтажных усилий в соответствующих их прикрепителях способствуют снижению интенсивности падения монтажных натяжений. Как показывают исследования [15,16] ослабление монтажных усилий в закладных болтах приводит к значительному увеличению изгибных напряжений в прокладках, что и способствует их изломам в пути. Конечно, при достижении высокой стабильности сохранения монтажных усилий в прикрепителях, затраты труда в пути с железобетонными шпалами могли быть намного меньше, чем с деревянными, особенно при прокладках повышенной упругости. Однако, исследования, на которые указано выше, не содержат научно-методических разработок, направленных на увеличение стабильности монтажных усилий в прикрепителях.

Анализ исследований, выполненных за рубежом [17], говорит о том, что наметилась общая тенденция к снижению жесткости пружинных элементов (либо клемм).

ЛИТЕРАТУРА:

1. Предварительный патент № руз. Устройство для крепления конструкции к основанию А.И. Бек-Булатов, И.И. Кузнецов и В.В. Фесенко. Опубл.30.03.96.Бюл.№ 1.
2. Вериго М.Ф. Методика проектирования промежуточных рельсовых скреплений и расчеты параметров к ней: Рукопись ЦНИИ МГТС, 1984. - 84 с.
3. Альбрехт В.Г. Угон железнодорожного пути и борьба с ним. - М: Трансжелдориздат, 1962. - 142 с.
4. Боченков М.С. Определение упругих характеристик промежуточных скреплений // Вестник ВНИИЖТа. - 1965. - № 7. - С. 34-37.
5. Шахунянц Г.М. Железобетоный путь. - М.: Трансжелдориздат, 1961. -612 с.
6. Совершенствование существующих и разработка новых конструкций промежуточных рельсовых скреплений железобетонных шпал //Сб. науч. тр. /ВНИИЖТ. - 1979. - Вып. 616. - С. 16-39.
7. Воробейник Л.Я., Радычук В.А. Расчет оптимальной жесткости элементов узла скрепления при железнобетонных шпалах // Сб. науч. тр. / МИИТ. - 1975. - Вып. 167/16. - С. 20-24.
8. Омаров А.Д., Закиров Р.С. Подрельсовые основания метрополитенов. Алматы.: Бастау, 2002. - 132 с.
9. Hamilton W.P. Dilemma of direct fixation rastening systems. - Transp. Res., 1980. №714. 34-40.
10. Шахунянц Г.М. Железодорожный путь. - М.: Транспорт, 1969. - 585.
11. Кравченко Н.Д. Новые конструкции железнодорожного пути для метрополитенов. -М.:Транспорт. 1994. -143 с.
12. Радычук В.А. Теоретические исследования оптимального модуля упругости подрельсового основания и узла скрепления в вертикальной плоскости при железобетонных шпалах //Сб. науч. тр. /ДИИТ. - 1974. - Вып. 151.-С. 98-108.
13. Закиров Р.С., Омаров А.Д. Метод оценки уровня силовой нагружности рельсового пути и новые конструкции пути на железнодорожном основании. Алматы.: Бастау, 2002, 148 с.
14. Васин А.В., Жарнов В.М. Исследование ослабления затяжки гаек на бесстыковом пути со скреплениями КБ и ЖБ // Сб. науч. тр. / МИИТ. - 1973. -Вып. 446.-С. 70-78.
15. Умедо С. Методы расчета конструкций рельсовых скреплений / Тецудо сенро. - 1977. - Т. 25. - № 10. - М.: 1982. - 27 с. - Пер. ст. ВЦП. - № Б-21327.-С. 545-550.
16. Кравченко Н.Д. Роль скрепления в обеспечении стабильности колеи при высокоскоростном движении поездов // Некоторые задачи механики скоростного наземного транспорта. - Киев, Наукова думка, 1974. - С. 96-101.
17. Smejkail Josef. Navrh prusneho upeveneni kobejnic z dostupnych prvko //Zebern techn 1980.10. №3.149-152.