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] = ty] + tp] - tз],     

                            

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;  tз] - 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.