УДК 625.143.4

Бакытов Алмас - инженер Казахского университета путей сообщения

Финк Владимир Карлович - ТОО «Магнетик»

Исследование зависимости коэффициента трения подрельсовых прокладок из новых материалов от температуры рельса

Повышение скоростей движения поездов увеличивает воздействие поездов на железнодорожный путь. При скоростном и высокоскоростном движении нежелательны значительные вертикальные деформации рельса, так как при этом создается дополнительное сопротивление, и увеличиваются силы взаимодействия.

В последние годы на железных дорогах Российской Федерации выполнены нагрузочные испытания пути под 30тс/ось, которые показали, что сжатие резиновых прокладок дает 50-60% от общей осадки рельса, что непропорционально много. Кроме того, резиновые прокладки отличаются нелинейным характером деформирования (рисунок 1)

Рисунок 1 - Экспериментальные зависимости вертикальных деформаций подрельсовых прокладок от вертикальной нагрузки (данные ТОО «Магнетик»)

Как видно из сравнения графиков, приведенных на рис.1, только зарубежные подрельсовые прокладки для скреплений Pandroll и Fosslo имеют вертикальную деформацию менее 1мм при поездных нагрузках (80-90 кН) на подрельсовую площадку. Деформация прокладки ЦП-204 при этом превышает 4мм, что недопустимо много. Резиновые прокладки отличаются нелинейной зависимостью «нагрузка-деформация», что также затрудняет получение эффекта солидарной работы всех элементов рельсо-шпальной решетки. В связи с вышеизложенным для новых эффективных конструкций пути все шире применяются пластиковые подрельсовые прокладки из новых материалов.

В расчетах устойчивости рельсовых плетей к выбросу при нагреве рельсов и при расчетах давления бесстыковой плети на стрелочный перевод используются величины коэффициента трения рельса по подрельсовой прокладке.

Применение подрельсовых прокладок из новых резиноподобных пластиков в Казахстане ранее не сопровождалось исследованиями их расчетных характеристик и изучением влияния на эти параметры высокой температуры воздуха, характерной для многих регионов Казахстана в летнее время.

Для исследования изменчивости коэффициента трения прокладок из новых материалов на шпалозаводе АО«Магнетик» в Алматы была построена экспериментальная установка для исследования величин коэффициента трения покоя при разных типах подрельсовых прокладок, различных усилиях прижатия рельса к шпале и при нагреве рельсов и прокладок до 80 градусов Цельсия.

На экспериментальной установке (рисунок 2) рельс длиной 5.0м опирается на 10 жестко закрепленных металлической рамой полушпалков. Такое закрепление шпал характерно для зимнего периода, когда замерзает балластный слой и для специальных конструкций пути с омоноличиванием балластной призмы. Усилие затяжки клеммных болтов варьировалось и проверялось динамометрическим ключом. Для скрепления КПП-5 усилие прижатия рельса к шпале в узле скрепления составляло 30кН. Усилие натяжения рельса до начала его смещения по шпалам создавалось плавно с помощью гидравлической станции. Это соответствует медленному нагреву рельса солнцем в течение дня. Перемещения торца рельса фиксировалось индикатором часового типа. Отмечалось усилие натяжения рельса, соответствующее началу движения рельса (сдвигу 0.05мм) по полушпалкам. Испытывались подрельсовые прокладки ЦП204 (контрольная) и прокладки из «Технолоя 3590 и Сэвилена.

Усилие прижатия рельса к шпалам варьировалось ступенями 10 кН, 20 кН и 30 кН. Предполагалось, что усилие натяжения рельса воспринимается всеми подрельсовыми прокладками равномерно.

Коэффициент трения рельса по подрельсовой прокладке определялся как частное от деления силы сдвига на силу суммарного прижатия рельса на всех полушпалках.

Температуры рельса варьировались от -10 градусов, 0 градусов, +20 градусов, +50 градусов, + 80 градусов.

Рисунок 2 - Фрагмент испытательной установки

Рисунок 3 - Измерения перемещения торца рельса индикатором часового типа

Таблица 1. Экспериментальные значения изменения коэффициента трения рельсовой стали по подрельсовым прокладкам в зависимости от вертикального давления на прокладку

Давление на подрельсовую прокладку кН	26	38	50
Резиновая прокладка	0.60	0.59	0.60
Прокладка Фоссло	0.44	0.45	0.45
Прокладка из «Сэвилена» пупырчатого	0.39	0.38	0.38
Прокладка из Технолоя 3950	0.50	0.50	0.50

Анализ экспериментальных данных убеждает, что коэффициент трения рельсовой стали по пластиковым прокладкам меньше, чем у стали по резине. И эта характеристика более стабильна, чем у резины. Наименьший коэффициент трения оказался у прокладки «Сэвилен» с пупырчатой подошвой, наибольший – у резиновой прокладки. Коэффициент трения возрастает относительно начальных значений при 20градусах Цельсия на 28-35% при максимальном нагреве (табл.2)

Таблица 2. Изменение характеристик прокладок Технолой 3090 при нагреве

Температура подошвы рельса градусов Цельсия	Усилие сдвига рельса, кН	Твердость прокладок по Шору(А и Д )
20	11	А=90, Д=40
50	15.7	А=90, Д=40
80	14.4	А=93, Д=42

Примечание: «Прилипания» подошвы рельса к прокладкам не отмечено.

По совокупности экспериментально проверенных характеристик для климатических условий Республики Казахстан наиболее приемлемы подрельсовые прокладки, изготовленные из Технолоя 3950.