Аяганова А. Ж., Иманбердиев Д.Ж.

г Алматы, Республика Казахстан

 

ВОЛНООБРАЗНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ ГОЛОВКИ РЕЛЬСА В ВИДЕ ПЕРИОДИЧЕСКИХ НЕРОВНОСТЕЙ

 

Впервые в литературе сообщение о неровностях на рельсах появилось в 1882 г. в статье инженера А. В. Клименко (Россия). С тех пор этому вопросу стало уделяться все больше и больше внимания [1]. Согласно принятой классификации дефектов рельсов НТД ЦП-2-93 [2] (см. рисунок 1)  наиболее существенными являются:

-волнообразная деформация головки рельса (дефект 40);

- смятие и вертикальный износ головки (дефекты 41.1-2);

- боковой износ головки сверх доступных норм (дефект 44) (рисунок 8)

Волнообразный износ рельсов (дефект 40) влечет интенсивный шум, ухудшает плавность движения поездов и сокращает срок службы элементов верхнего строения пути и ходовой части подвижного состава. Он проявляется в виде периодических неровностей на головке рельса. Возникновение и развитие волнообразного износа являются следствием действия многих факторов, поэтому не может быть единого средства для его устарения.

Специалисты национального исследовательского совета Центра транспортных технологий Канады (NRC) в 1993г. предложили классифицировать волнообразный износ рельсов по шести типам в зависимости от основного движения тяжеловесных поездов, наличия в пути рельсов легкого типа, контактно-усталостных дефектов рельсов, вибрации шпал, желобчатого износа рельсов в их вибрации. Этот перечень был в свою очередь дифференцирован по двум категориям в зависимос­ти от механизма  зарождения износа: динамического формирования периодических неровно­стей вдоль рельса механизм с постоянной длиной волны  и возникновения волнообразных неровностей и дефектов на по­верхности и в металле рельса в результате воздействия динамических нагрузок (дефектный механизм). Точная идентификация этих механизмов существенно показывает вероятность разработки эффективных мер для устранения волнообразного износа рельсов. Упрощенная классификация волнообразных неровностей по длине волны не имеет смысла, так как даже при одинаковой длине волны могут иметь место дефекты разных видов [3,1].

По статистическим данным построены графики изменения ряда  динамических параметров пути и выход рельсов по дефекту 44  приве­денные на рисунок 2 [4]. Из них следует, что наиболее тесную функциональную связь с выходом рельсов по боково­му износу   имеет   прирост   динамической   нагрузки   грузового   вагона.    По термически упрочненным рычагам и железобетонному подрельсовому основанию такой связи нет. Корреляционный анализ за 1985—1988 г.г. в течение которых динамическая нагрузка была прак­тически неизменной, показал отсутствие взаимосвязи между выходом рельсов по дефекту 44 и ростом динамической нагрузки и ростом поперечной центробежной силы. Значит, можно сделать вывод, что к ускорению бокового износа рельсов эти параметры отношения не имеют, по крайней мере, в той степени, которую им отводит ряд авторов. Нет также корреляционной взаимосвязи между интенсив­ностью бокового износа и массой поезда [4].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


40 – волнообразная деформация головки рельса; 41.1-2 – смятие и вертикальный износ головки; 44 – боковой износ головки рельсов сверх допустимых норм

         Рисунок 1 – Классификация дефектов рельсов НТД/ЦП-1-93

 

Не подтверждается версия и о том, что период с 1985 г. по 1990 г. явился «катализатором» вспышки вы­хода рельсов по дефекту 44. Наоборот, как видно из рисунка 2, в 1985—1987 гг. интенсивность износа стабили­зировалась при остававшейся неизменной динамической нагрузке.

На основании накопленного опыта и результатов исследования, проведенных после 1993г., значительно расширились представления о волнообразных дефектах рельсов и выявление новых видов этого дефекта. Предложенная классификация волнообразного износа по механизмам зарождения себя оправдала и стала действительным средством распознавания новых его разновидностей [5,6].

Дефектный механизм возникновения волнообразного износа обусловлен четырьмя основными факторами, три из них (пластические деформации, пластический изгиб и контактно-усталостные повреждения) связаны с резонансными явлениями в системе колесо-рельс, проявляющимися также в механизме с постоянной длинной волны (так называемый Р2 - резонанс). Зарождение неровностей здесь обусловлено колебаниями непосредственных масс на пути с не равножестким подрельсовым основанием. Возникающие в результате этих резонанских колебаний динамически нагрузки отрицательно влияют на состояние пути и ходовых частей подвижного состава.

 

 

швами

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1980           1984            1988                      1992                      1996                    2000     2002
 
 

 


1 — рост динамической нагрузки груженого вагона относительно уровня 1975 г.; 2 — протяженность пути с термоупрочненными рель­сами; 3 — рост поперечной центробежной силы; 4 — протяженность пути на железобетонных шпалах; 5 — условный выход рельсов по де­фекту 44 на 1000 км кривых и 1000 т пропущенного груза

Рисунок 2– Эксплуатационные параметры и выход рельсов по де­фекту 44

 

Наибольшее число разнообразных дефектов связано с четвертым фактором – механическим износом. Он неизбежен, сопутствует качению колес по рельсам, хотя его развитие происходит по разному в зависимости от имеющихся условий. При этом если все поезда состоят из однотипных вагонов и скорость их движении  почти одинакова, рельсы изнашиваются всеми колесами в одних и также местах и это способствует росту волнообразного износа в начале этот процесс развивается постепенно затем все более интенсивно, поскольку динамические нагрузки с ростом неровности также возрастают [7,8].

Практически любые значительные резонансные колебания экипажа могут вызывать рост волнообразного износа. Документально подтверждено, что на  некоторых железных дорогах проблемы с волнообразным износом рельсов связаны с резонансными колебаниями шпал. Проведенные за последние годы исследования дают основания сотни грузовых вагонов, имевшие большие социальные и материальные последствия.

При этом если сравнить эксплуатационную общую протяженность железных дорог Российской Федерации, составляющих 126 тыс. км, т.е. почти на порядок превышающих протяженности главных путей железных дорог Казахстана то становится очевидным относительно низкий уровень состояния и текущего содержания пути на железных дорогах АО НК «Қазақстан темір жолы»

 

 

Литература:

 

1.     J. Kalousek, S. Grassie. International Railway, Journal, 2000, №7б Р. 24-76. Волнообразный износ рельсов.// Железные дороги мира, 2001, №4, С.70-72.

2.     Каталог дефектов рельсов НТД/ЦП-2-93. // Путь и путевое хозяйство, 1995, №1, с. 25-38.

3.     Биттибаев С.М., Кажигулов А.К., Кулжанов С.К., Иманбекова М.А. Влияние напряженно-деформированного состояния на контактную усталость рельсов. - Материалы Междун. конф. «Теоретические и экспериментальные исследования строительных конструкций» - Алматы,  КазГАСА, 26-27 ноября, 2004, с.138-141.

4.     Купряшевич М.В., Давыдов А.К. Результаты глубинной шлифовки рельсов.// Путь и путевое хозяйство, 2001, №1, С.19-20.

5.     Шиладжян А.А. Технические указания по репрофилированию старогодных рельсов.// Путь и путевое хозяйство, 2002, №2, С.28-32.

6.     Абдурашитов А.Ф. Профильное шлифование рельсов: необходим комплексный подход.// Путь и путевое хозяйство, 2003, №5 С.2-6.

7.     Гайдамакина О.В. Зачем шлифуют рельсы.// Путь и путевое хозяйство, 2002, №8, С.21-22.

8.     Динамические воздействия нагрузки на железнодорожный путь при прохождении подвижного состава. Труды МИИТ, вып. 54 – М.: Трансжелдориздат, 1937.