УДК
625.143.482
Касымжанова
Куралай Советовна - соискатель
Казахский
университет путей сообщения
г.
Алматы, Казахстан
К ВОПРОСУ О
ТЕМПЕРАТУРНЫХ УСЛОВИЯХ СЕТИ АО «НК
«КАЗАХСТАН ТЕМIР ЖОЛЫ» («КТЖ»)
Протяженность бесстыкового пути (БСП) на сети АО «НК «КТЖ»» по [1] на
2006 г. достиг 6184 км главных путей, из их 23 км рельсовые плети (РП) длиной до блок-участка. В основном
применяются рельсы Р65 и только на 5 %
- рельсы типа Р50. РП уложены преимущественно на железобетонных шпалах (ЖБШ)
типа ШС-1 с применением скрепления типа КБ.
Средняя длина лежащих РП 385 м. Опыт эксплуатации, многочисленные расчеты,
измерения параметров
напряженно-деформированного
состояния (НДС) показывают, что
принятая конструкция БСП вполне работоспособна во всех регионах Казахстана и
при надлежащем содержании может быть
долговечной и экономичной.
БСП открывает возможность для
применения в больших количествах ЖБШ, выпускаемых в РК, что позволит сэкономить
в значительных размерах дефицитные деревянные шпалы (ДШ), завозимые в основном
из России. Возможность укладки БСП в конкретных условиях устанавливают
сравнением допускаемой температурной амплитуды (ТА) [T], зависящей от конструкции пути и подвижного состава, с
фактической ТА ТА. Если ТА< [T], то БСП можно укладывать. Значение ТА - алгебраическую разность наивысшей tmaxmax и наинизшей tminmin температуры рельсов
(ТР), наблюдавшихся в данной местности. По ТУ-02 [2] сделан анализ расчетных
летних tmaxmax и зимних tminmin ТР в зависимости от
расчетной ТА ТА. Амплитуда
ТА = 90 оС
включает выборку амплитуд от 88 до 92 оС, соответственно ТА = 95 оС – от 93
до 97 оС, ТА
=100 оС – от 98 до 102 оС, ТА =105 оС - от103 до 107 оС, ТА = 110 оС – от
108 до 112 оС, ТА
= 115 оС – от 113 до 117 оС, ТА = 120 оС - от 118 до 122 оС.
Максимальное значение ТА,
отмеченное в ТУ-02, равно 119 оС. В таблице 1 приведен результат
анализа, дающее обобщенное представление о температурных условиях сети
АО «НК «КТЖ»».
Таблица
1 - Температурные условия сети ЖД АО
«НК «КТЖ»»
Расчетная амплитуда ТА, оС |
Границы выборки |
Объем выборки, шт. |
Средние значения
выборок, оС |
Крайние значения
выборок, оС |
||
tmaxmax |
tminmin |
tmaxmax |
tminmin |
|||
90 |
88-92 |
1 |
62 |
-26 |
62 |
-26 |
95 |
93-97 |
2 |
62,5 |
-34 |
64 |
-36 |
100 |
98-102 |
7 (191)* |
62,1 (58)* |
-39,7 (-42)* |
66 (66)* |
-50 (-49)* |
105 |
103-107 |
21 (155) |
62,8 (58) |
-42,6 (-46) |
69 (64) |
-46.(-53) |
110 |
108-112 |
21 (101) |
62,3 (58) |
-47,1 (-51) |
66 (64) |
-51 (-57) |
115 |
113-117 |
9 (27) |
62,3 (59) |
-51,8 (-55) |
64 (64) |
-53 (-61) |
120 |
118-122 |
1 (6) |
62 (61) |
-57 (-58) |
62 (65) |
-57 (-61) |
Примечание. *Данные сети ЖД РФ |
Амплитуда допускаемых изменений ТР равна [2]:
[T] = [Δty] + [Δtp] - [Δtз],
где [Δty] –
допускаемое повышение ТР по сравнению с температурой их закрепления,
определяемое устойчивостью пути против выброса при действии сжимающих
продольных сил; [Δtp] - допускаемое понижение температуры РП по сравнению с температурой их
закрепления, определяемое их прочностью при действии растягивающих сил; [Δtз] - минимальный интервал ТР, в котором окончательно закрепляют РП (для
расчетов обычно принимают 10 оС, но не менее 5 оС).
Типовая конструкция БСП в крутых кривых – это рельсошпальная решетка
(РШР) с ЖБШ типа ШС-1 или ШС-1у, раздельным скреплением марки КБ и закаленными
рельсами типа Р65. Число ЖБШ на 1 км в кривых радиусом 1200 м и менее – 2000
шт. Балласт в кривых радиусом 500 м и менее - только из щебня скальных пород
фракций 25 - 60, 25 - 70 мм. Ширина плеча балластной призмы (БлП) со стороны
наружной нити - 35 см, откосы БлП не круче 1:1,5. Шпальные ящики заполняют до
уровня верхней постели средней части ЖБШ.
Нормативное прижатие рельса к основанию в узле скрепления должно
составлять 20 кН, что обеспечивает сопротивление продольному перемещению РП
25-30 кН/м. Для такой конструкции пути [Δty] в
кривых радиусом 600 м равно 42 оС, 500 м - 39 оС, 400 м –
35 оС, 300
м – 27 оС. Значения [Δtp] приведены в таблице 2.
Таблица
2 - Допускаемые перепады температур
Локомотив |
Допускаемое по
условию прочности рельсов понижение температуры [Δtp]
оС, в кривых радиусом, м |
Локомотив |
Допускаемое по
условию прочности рельсов понижение температуры [Δtp]
оС, в кривых радиусом, м |
||||
500 |
400 |
300 |
500 |
400 |
300 |
||
ВЛ60,ВЛ60к |
74 |
72 |
76 |
2ТЭ10Л |
78 |
77 |
78 |
ВЛ80,ВЛ80к |
80 |
84 |
88 |
ТЭ10 |
78 |
77 |
80 |
ВЛ80Т,ВЛ80с |
82 |
83 |
83 |
ТЭП70 |
99 |
97 |
95 |
2ТЭ10М |
82 |
78 |
73 |
|
|
|
|
Примечание: допускаемая скорость движения в кривой радиусом 500 м – 105 км/ч, 400 – 95
км/ч, 300 – 80 км/ч. |
Возможность укладки БСП зависит и от ходовых качеств обращающихся по
участку локомотивов. Для грузовых локомотивов в крутых кривых вне зависимости
от радиуса [Δtp] может быть представлено тремя значениями:
75, 80 и 85 оС. Амплитуды изменений [Т] в крутых кривых приведены в таблице 3.
Сравнение расчетных ТА с допускаемыми ТУ-02 показало,
что БСП существующей конструкции, исходя из условий обеспечения прочности и
устойчивости, может применяться в кривых радиусом 300 м при [Т] не более - 102 оС,
радиусом 400 м [Т] – не более 110 оС, радиусом 500 м
[Т]
– не более 114 оС, радиусом 600 м [Т] – не более 117 оС.
Таблица
3 - Амплитуды допускаемых изменений ТР [Т] в кривых
Кривые
участки радиусом, м |
Амплитуды
допускаемых изменений температур рельсов [Т]
при [Δtp] оС |
||
75 |
80 |
85 |
|
600 |
75 + 42 – 10
= 107 |
80 + 42 – 10
= 112 |
85 + 42 – 10
= 117 |
500 |
75 + 39 – 10
= 104 |
80 + 39 – 10
= 109 |
85 + 39 – 10
= 114 |
400 |
75 + 35 – 10
= 100 |
80 + 35 – 10
= 105 |
85 + 35 – 10
= 110 |
300 |
75 + 27 – 10
= 92 |
80 + 27 – 10
= 97 |
85 + 27 – 10
= 102 |
В.Т. Семенов и Н.И. Карпущенко в [3] отмечали, в РФ на основании
исследований предлагалось без ущерба для безопасности движения повысить для
крутых кривых норматив устойчивости пути выбросу [Δty], несколько снизив коэффициент запаса Ку, который для кривых радиусом 300 м равен - 2,12,
радиусом 400 м – 1,87 и радиусом 600 м – 1,77. С учетом этого
откорректированные значения [Т] в
кривых приведены в таблице 4.
Сравнение данных таблицы 4 с учетом повышения допускаемых изменений ТА [Т]
с расчетными ТА ТА (таблица
3) показало, что типовую конструкцию пути при обеспечении его прочности и
устойчивости можно применять в кривых малого радиуса в районах с [Т] ≤ 105 оС (с учетом
неблагоприятного воздействия подвижной нагрузки). Для районов с [Т] ≥ 105 оС конструкцию
надо усовершенствовать. Значение допускаемого повышения ТР по сравнению с ТР их
закрепления [Δty] можно повысить за счет внедрения рельсов
более высокого качества, а также более надежной технологии их сварки. Это
позволило бы увеличить допускаемые напряжения по прочности РП. Но прочность РП
должна определяться последним этапом первого срока эксплуатации. Эта проблема и
предмет специального исследования.
Для увеличения [Δty] нужно разработать меры повышения сопротивления перемещению пути в
продольном (p) и поперечном (q) направлениях. Если значения сопротивлений р и q,
увеличить в 1,2 и 1,5 раза, что
отмечалось в [3-4], соответствует повышению в такой же пропорции [Δty], то амплитуды допускаемых изменений ТР рельсов расширятся.
Таблица
4 - Откорректированные значения [Т] в
кривых
Кривые участки
радиусом, м |
Амплитуды допускаемых
изменений температур рельсов [Т]
при [Δtp] оС |
||
75 |
80 |
85 |
|
600 |
75 + 42 – 10 = 107 |
80 + 42 – 10 = 112 |
85 + 42 – 10 = 117 |
500 |
75 + 41 – 10 = 106 |
80 + 41 – 10 = 111 |
85 + 41 – 10 = 116 |
400 |
75 + 40 – 10 = 105 |
80 + 40 – 10 = 110 |
85 + 40 – 10 = 115 |
300 |
75 + 35 – 10 = 100 |
80 + 35 – 10 = 105 |
85 + 35 – 10 = 110 |
Для наиболее неблагоприятных случаев движения поездов при [Δtp] =75 оС и росте [Δty] в 1,2
раза: [Т]500 = 75 + 49 –
10 = 114 оС; [Т]400 = 75 + 48 – 10 = 113 оС;
[Т]300 = 75 + 42 – 10 =
107 оС. При увеличении [Δty] в 1,5
раза: [Т]500 = 75 + 61 –
10 = 126 оС; [Т]400 = 75 + 60 – 10 = 125 оС; [Т]300
= 75 + 52 – 10 = 117 оС.
В ближайшие годы протяженность БСП увеличится. Одной из основных причин
увеличения темпов прироста протяженности БСП является проявившийся в связи с
падением объемов перевозок дисбаланс между сроками службы рельсов и шпал. При
средней грузонапряженности, составившей в начале 2000 г. 13,3 млн. ткм брутто/км в год, и нормативной наработке поездной нагрузки
600 - 700 млн. т брутто
ожидаемый срок службы объемнозакаленных рельсов равен 30- 35 годам. В то же время срок службы ДШ из хвойных
пород древесины составляет около 15 лет. Для сети АО «НК «КТЖ»», на которых
около 63 % развернутой длины главных путей уложено на ДШ, эта проблема
стала ключевой после падения объема
перевозок. Кроме изложенного следует отметить меньшие затраты на содержание
БСП, его большую надежность с точки зрения обеспечения безопасности движения,
сокращения дефектности рельсов и др. На 1 января 2006 г. протяженность БСП
достигла 33 % от общей величины главных путей ЖД
РК. При сложившихся темпах прироста общая протяженность БСП к 2007 г.
достигла 7200 км, а к 2010 г. достигнет 8750 км, что составит порядка 50 % длины главных путей.
Литература
1. Кизатов Е.А. Научные основы
модернизации и реформирования путевого комплекса АО «НК «Казахстан темiр
жолы»»: автореф. … докт. техн. наук. 05.22.06 – Алматы.: КазАТК, 2006. – 35 с.
2. Технические указания по устройству, укладке, содержанию и ремонту
бесстыкового пути. ЦП/17-02. Утвержден ЦЗ 23.12.02. – Астана.: Магистраль, 2002. – 68 с.
3. Семенов В.Т., Карпущенко Н.И. Состояние и перспективы развития
путевого хозяйства. - Новосибирск.: Изд-во СГУ ПС, 2000. – 246 с.
4. Рзаев Т.К., Закиров Р.С. Обеспечение ресурсосберегающих
технологических решений при оздоровлении верхнего строения пути при скоростном
движении поездов. – Алматы.: Бастау, 2006. – 180 с.