УДК 625. 143

Касымжанова Куралай Советовна  - соискатель

Казахский университет путей сообщения

г. Алматы, Казахстан

 

О УПРАВЛЕНИИ ТЕМПЕРАТУРНЫМ РЕЖИМОМ ЭКСПЛУАТАЦИИ БЕССТЫКОВОГО ПУТИ В КАЗАХСТАНЕ 

 

        В [1] п. 3.4.1 записано: «…Разница температур закрепления соседних  коротких  плетей, составляющих длинную плеть, не должна превышать 5 оС, а суммарная разность по всей длине плети – 10 оС». Контролировать температурный режим (ТР) эксплуатации пути рекомендуется по смещениям контрольных сечений рельсовых плетей (РП) относительно «маячных» шпал (МШ) (п.4.2.2).

        Одновременно с этим в п. 4.2.3 ТУ изложено: «При обнаружении на «МШ» смещений контрольных сечений рельсов до 5 мм необходимо проверить на участке состояние скреплений, заменить  дефектные элементы, смазать резьбу, подтянуть гайки клеммных и закладных болтов. При смещении более 5 мм следует определить изменения расстояний между смежными контрольными сечениями, учитывая размер и направление смещения. Если изменения (удлинения или укорочения) 100-метрового участка между «МШ» не превышает 10 мм, можно ограничится выполнением выше указанных мер, при этом необходимо внести изменение температуры закрепления РП на угнанном участке…».  

        В [2] рассмотрен простейший случай изменения ТР при угоне отдельного участка РП по отношению к «МШ». Для АО «НК «КТЖ»» рекомендуемая оптимальная температура закрепления РП на постоянный режим эксплуатации равна 35 ± 5  и 40 ± 5 оС (п. 3.4.1 ТУ). Допустим, РП  закреплен при температуре + 35 оС. При контроле за угоном РП по смещениям контрольных сечений (температура рельсов в момент контроля также, например, составляла + 35 оС) обнаружили смещение только одного контрольного сечения 4 в сторону сечения 5 на расстояние Δl (см. рисунок 1).

Рисунок 1. Изменение ТР эксплуатации РП (а) и эпюра (б) расчетных напряжений между контрольными сечениями 2, 3, 4, 5 и 6

 

        При величине Δl = 5 мм отклонения фактической температуры закрепления участков РП между контрольными сечениями 3 и 4, 4 и 5 для рельсов типа Р65 подсчитываются по формуле:  Δt  = ± 85(Δl/l), где Δl – измеренное удлинение (+) или укорочение (-) участка, мм;

         l – расстояние между «МШ», м (п. 4.2.4 ТУ-02)

 

Δt  = ± 85(5/l00) ≈ ± 4 оС.

       

       Следовательно, температура закрепления между сечениями 3 и 4 равна  + 39 оС, а между 4 и 5 составляет  + 31 оС.

        В этом случае, если  Δl будет равна, например, 9 мм, то Δt  = ± 85(9/100) ≈ ± 7 оС, а температура закрепления между этими сечениями  составит + 42 оС и + 28 оС соответственно. Значит по [2], требования пп. 4.2.4 и 3.4.1 ТУ противоречат друг другу. Можно ли эти противоречия устранить? По [2] да, если управлять ТР эксплуатации бесстыкового пути (БП) и предложена следующая технология.

        Условия работ: участок двухпутный  длиной 50 м, электрифицированный, оборудованный автоблокировкой, в плане имеет 70% прямых и 30 % кривых; рельсы типа Р65; скрепление КБ; шпалы железобетонные 1872 шт./ум; балласт щебеночный, размеры балластной призмы соответствуют утвержденным поперечным профилям. Работы выполняют на одной РП. В том месте, где расчетные эксплуатационные напряжения больше напряжений от разницы температур рельсов при их закреплении на постоянный режим и при контроле за перемещением сечений, РП изгибают в вертикальной плоскости.   В [3] приведена конструкция рельсового скользуна, позволяющая  это сделать.

         Бригадой из шести монтеров пути руководит дорожный мастер (сигналисты в их состав не входят). Используются следующие инструменты и механизмы: три гидравлических домкрата, шесть торцовых ключей, двое железных вил или совковых лопат, три скользуна; шесть скребков для очистки скреплений и рельсов от грязи, аппаратура связи, мегафон, бачок для воды. На все работы уходит 1 ч 15 мин (точнее – 74 мин), из них на подготовительные операции – 20 мин, основное – 23 мин и заключительные – 31 мин. До и после «окна» участок ограждают сигналами уменьшения скорости.

         Сначала все шесть монтеров пути очищают рельсы и скрепления  от засорителей, затем ослабляют гайки  клеммных болтов на 3-4 оборота (62 шт.) и снимают клеммы с болтами на соответствующих участках. После закрытия движения ослабляют оставшиеся гайки клеммных болтов на 3-4 оборота (32 шт.) и снимают клеммы с болтами. Затем устанавливают три скользуна. После этого три монтера ставят домкраты, изгибают  рельс в скользунах, опускают рельс и снимают домкраты. Другие три монтера после возвращения контрольного сечения в проектное положение, завертывают ранее ослабленные гайки клеммных болтов на 3-4 оборота на части шпал (32 шт.). Потом  шесть монтеров снимают скользуны, устанавливают и завертывают соответствующие гайки клеммных болтов (32 шт.). После  «окна» все шесть человек устанавливают клеммы с болтами и завертывают гайки, в том числе ослабленные.

       До начала XXI в. по [4] на железных дорогах (ЖД) РФ применяли практически только контактный способ сварки рельсов как в стационарных условиях (в рельсосварочных поездах (РСП)), так и на перегоне (с использованием передвижных рельсосварочных машин (ПРСМ)). Способ сварки на перегоне с предварительным изгибом (А.С. № 226754 ) после длительных исследований и испытаний был утвержден Главным управлением пути МПС СССР в 1982 г. Тогда в технологических указаниях допустили ряд неточностей из-за вмешательства в текст ТУ специалистов, недостаточно изучивших особенности способа. Эти неточности сохраняются до сих пор в [5]. Неточности заключались, прежде всего, в норме остаточной стрелы fо = (15 -30) см без дифференциации в зависимости от радиуса кривой. Максимальная ошибка в температуре закрепления из-за этого, как видно из [6] может достигать 18 оС в сторону ее занижения по сравнению с зафиксированной в журнале учета ТР работы БП. Ошибку исправили в «Технических указаниях о восстановлении контактной сваркой лопнувших и дефектных рельсовых плетей бесстыкового пути», утвержденных ЦП МПС СССР 26.07.90, но в [5], как и предыдущих ТУ-91, об этом забыли.

          В приложении П.Г.5 ТУ-02 [1] «Сварка с предварительным изгибом привариваемой плети» (с. 56) к указанной ошибке в ту же сторону с фактическим понижением температуры закрепления по сравнению с записанной в журнале учета добавили еще одну ошибку в расчетах длины так называемых «анкерных участков», которые применяли при сварке с использованием гидравлических натяжных устройств (ГНУ) для случаев, когда температура рельсов во время работ ниже оптимальной температуры закрепления более чем на 5 °С. В ТУ-02 п.4.7.5 (с. 36) сказано: «...погонное сопротивление шпал (при незамерзшем балласте r = 7 кН/м - при неуплотненном балласте и г = 12 кН/м - при уплотненном) продольному  перемещению  в  пределах  анкерного  участка». «Шпал» - это значит на две рельсовые нити. А в приложении П.Г.5 (с. 57), где приведенные значения r в работе используются как сопротивления, приходящиеся на одну рельсовую нить, написано: «Для зимних условий r = 25 кгс/см, а для летних r = 12,5 кгс/см». В ТУ-2000 РФ [5] п.4.5 (с. 86) для рыхлого балласта (вновь уложенного) r = 7 кН/м (r = 7 кгс/см); для балласта, уплотненного динамическим стабилизатором r = 9 кН/м (r = 9 кгс/см); для стабилизированного пути, пропустившего более 50 млн т брутто груза r = 10—12,5 кН/м (10—12,5 кгс/см)». В [7] на с.169 в табл. 4 приведены численные значения «Максимальных погонных сопротивлений в кг/см для двух рельсовых нитей»: для щебеночного балласта при 1600 шпал на 1 км r = 8,0 кг/см, при 1840 шпал на 1 км r = 9,2 кг/см и для 2000 шпал на 1 км r = 10,0 кг/см. В [8] на с. 28-29 даны результаты измерений погонных сопротивлений вдоль оси пути деревянных и железобетонных шпал в виде графиков их зависимости от продольных перемещений λ, при обычном профиле балластной призмы. Аппроксимацией этих эмпирических зависимостей В.И. Новакович в 1966 г. для двух нитей получил

                                                                          3

степенную функцию r = 15,5√λ. На нее ссылка в [9] где отмечено, что для эпюры  шпал 1840 r = 9,2 кН/м на одну нить «при щебеночном хорошо уплотненном балласте». И далее: «Фактически значение r зависит от продольного смещения λ  каждого сечения рельсов, при этом r = bλm. Здесь b и m - параметры, определяемые опытным путем, b ≈ 7,5-8,0 и m = 1:3, в случае λ – в сантиметрах и r - в килоньютонах на 1 м нити». На приводимых графиках это  λmax   максимальное в опыте перемещение λmax = 1 см. При вычислении среднего значения rср = {∫ bλmdλ}/λmax получено для данной рельсовой нити r ≈ 5 кН/м. Приведенные осредненные значения погонных сопротивлений r найдены статическим экспериментом. В [9] указано, что «при сотрясениях проходящей подвижной нагрузкой значение r падает до 0,75-0,50 своего статического значения». В [10] сказано, что при эксплуатации в результате релаксации сил, передаваемых шпалами на балласт, связь между r и λ стирается. В [11] экспериментально показано, что под действием продольных сил, передаваемых рельсами на шпалы, последние ползут и при значениях сил существенно меньше тех, которые в статической теории принято считать средними.

        Таким образом, если учесть сказанное, то приведенную в ТУ-2000 и ТУ-02 исходную «эпюру температурных сил в РП в зоне производства работ» нужно считать верной только для частного и маловероятного случая, когда в одно «окно» выполняется и вырезка дефектного места в РП, и окончательное ее восстановление контактной сваркой способом  предварительного изгиба с применением ПРСМ. Однако в этом случае участки ld, на которых происходят продольные перемещения, если не завышать погонные сопротивления перемещениям r, окажутся более чем в три раза длиннее тех, которые приведены в примере расчета ТУ-2000 и ТУ-02. В [12] вначале более подробно, чем в ТУ—2000, п.4.5, с иллюстрацией изменяющейся эпюры продольных сил излагается способ сварки с предварительным изгибом, применяемый при температуре рельсов ниже температуры закрепления более чем на 5 оС. Копируя п.4.5, авторы совершают те же ошибки: завышают значения r и не упоминают о возможных случаях работы в кривых участках. К тому же в иллюстрируемых эпюрах участок, где создается избыточная продольная сила, находится с того же конца РП, на котором находится ПРСМ, что весьма нетехнологично. Все расчеты приведены в общем виде (без конкретных цифр) и без ограничений температуры, за исключением невозможности сварки при температуре ниже -5 °С. Но при температуре рельсов во время сварки -5 °С для создания в РП оптимального температурного режима необходимо было бы «перенатягивать» РП продольной силой 1600 кН! Такую силу ГНУ не могут создавать.

         А какой длины тогда должны  быть анкерные участки?   С  учетом   сказанного   их   общая  длина должна   превышать   целый   километр.   Ко   всему нужно представлять себе реальную картину деформации элементов верхнего строения пути в пределах анкерных участков. В [13] предлагалось по возможности отказаться от технологий, требующих применения таких участков. В связи с изложенным использование ПРСМ со сварочной головкой К-922, которая может создавать продольную силу до 1200 кН, весьма рационально.

В [12] видимо попытались восполнить пробел отсутствие  у  них  соответствующей   Инструкции. Однако в результате того, что ими заимствованы ошибочные (завышенные) данные о значениях r и ничем не обоснована длина - зачем-то во всех случаях раскрепляемого участка (57,7 м) - предлагаемые таблицы перемещения концов свариваемых РП использовать нельзя. В противном случае в местах сварки фактическая температура закрепления окажется существенно ниже оптимальной. Если,  как записано в [12], еще и «отсутствуют данные о влиянии длины растягиваемого участка на режим сварки», то и незачем спешить с  недостаточно  обоснованными  рекомендациями, да, якобы, с точностью до 1 мм и 1 °С!. Без анкерных участков можно обойтись в случаях применения  вместо ГНУ  нагревательных передвижных устройств (НПУ), например, способа (А.С. № 1043222). В [14] описан «новый» способ сварки с применением предварительного изгиба,  с использованием ПРСМ и НПУ, но явно нереальный технологический процесс при температуре рельсов -10 °С, в котором нагревается 100 м участок до температуры 64 °С, причем с обоих концов он закреплен анкерными участками длиной по 50 м каждый. На   примыкающем   участке   еще   100 м длины сваривают РП способом предварительного изгиба. На этот участок после сварки предлагается перераспределить температуру нагретого участка. Если так работать, то нагретый участок после сварки просто охладится и никакого выравнивания температуры закрепления не произойдет. Температура закрепления останется низкой, и это место будет особо опасным с точки зрения устойчивости пути. Нагревать надо для того, чтобы произошло расчетное и контролируемое удлинение конца РП, саму же температуру нагрева измерять не требуется, да это и весьма проблематично сделать. Работать по такому способу нельзя, не создавая угрозы безопасности движения поездов.

 

       Литература

       1.Технические указания по устройству, укладке, содержанию и ремонту бесстыкового пути. ЦП/17-02. Утвержден ЦЗ 23.12.02. – Астана.:  Магистраль, 2002. – 68 с. 

       2.Жулев Г.Г., Васичкин Н.И.  Управлять температурным режимом эксплуатации бесстыкового пути//Путь и путевое хозяйство, 2007. - №10. – С. 19.

       3.Жулев Г.Г., Алимухамбетов В.В. Рельсы можно сберечь//Путь и путевое хозяйство, 2007. - №5. – С.39.   

       4. Жулев Г.Г., Новакович М.В., Залавский Н.И., Г.В. Карпачевский. Ошибки при удлинении рельсовых плетей//Путь и путевое хозяйство, 2008. - №10. – С. 17-19.      

       5. Технические указания по устройству, укладке, содержанию и ремонту бесстыкового пути. ТУ-2000. Утвержден ЦЗ 31.03.00.- М.: Транспорт, 2000.- 68 с.

       6. Карпачевский В.В. Уточнить остаточные стрелы изгиба плетей//Путь и путевое хозяйство, 2008. -    № 1. – С.12.

       7. Взаимодействия пути и подвижного состава/Бромберг Е.М., Вериго М.Ф., Данилов В.Н., Фришман М.А. – М.: Трансжелдориздат, 1956. – 280 с.

       8. Бесстыковой путь. – М.: Трансжелдориздат, 1962. – 215 с. (Тр. ВНИИЖТа, вып. 244).

       9. Шахунянц Г.М. Железнодорожный путь.– М.: Транспорт, 1987.– 479 с.

      10. Коган А.Я. Продольные силы в железнодорожном пути. –М.: Транспорт, 1967. – 168 с. (Тр. ВНИИЖТа, вып. 332).

       11. Новакович В.И. Бесстыковый путь со сверхдлинными плетями. – М.: Маршрут,  2005. – 144 с.

       12. Прудников А.В., Синдеев К.А. Эффективность применения сварочной машины К- 922//Путь путевое хозяйство, 2008. - №1. – С. 21-23.

       13. Новакович М.В., Залавский Н.И., Курилина И.А., Карпачевский Г.В. Что происходит на анкерных участках//Путь путевое хозяйство, 2003. - № 2. – С. 10-11.

       14. Клименко В.Я. Устройство плетей длиной с перегон//Путь путевое хозяйство, 2000. - №9. – С. 27-29.