XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

Бесстыковой путь - условное наименование железнодорожного пути, расстояние между рельсовыми стыками которого значительно превосходит длину стандартного рельса (25 метров). В России современный бесстыковой путь в основном представляет собой чередование участков пути, где уложены сваренные рельсовые плети длиной от 350 метров до длины блок-участка с короткими участками звеньевого пути. Рельсы могут свариваться в плети длиной в перегон и достигать 30 и более километров, иногда такие плети свариваются со стрелками и станционными путями в единое целое.

Рисунок 1. Бесстыковой путь

Данный вид пути рассчитан на воздействие значительных температурных напряжений, возникающих в рельсах при колебаниях температуры воздуха. Рельсовые плети изготавливаются из стандартных (25 метров) рельсов сваркой на предприятиях РСП или непосредственно на месте укладки. Этот вид пути обеспечивает высокоскоростное движение поездов, комфортабельность проезда пассажиров и снижение расходов на содержание подвижного состава и пути.

История появления бесстыковых путей

Впервые замысел устройства железнодорожного пути без стыков высказал в России инженер И. Ф. Стецевич ещё в 1896 году. Он предложил укладывать путь с волнообразным в плане искривлением и за счёт изменения стрел этих искривлений периодически производить удлинение или укорочение плети, снижая величины продольных сжимающих или растягивающих сил.В Германии первый бесстыковой путь был проложен в 1924 году, в США — в 1930 году.

К началу 1963 года на советских железных дорогах было уложено около 2,2 тысячи километров бесстыкового пути и около 4,5 тысячи километров длинных рельсов, а к началу 1966 года — около 5,5 тыс. км бесстыкового пути. Конструкция верхнего строения пути развивалась экстенсивными методами — укладывались более тяжёлые типы рельсов, щебеночный балласт, железобетонные шпалы. Увеличивалась допустимая длина рельсовых плетей до 800 м («Технические условия на укладку и содержание бесстыкового пути», 1963 г.); до 950 м («Технические указания по укладке и содержанию бесстыкового пути», 1982 г.); до длины блок-участка. А на участках с тональными рельсовыми цепями или без них, но при сваривании рельсовых вставок с высокопрочными изолирующими стыками, имеющими сопротивление на разрыв не менее 2,5 МН, до длины перегона («Технические указания по устройству, укладке, содержанию и ремонту бесстыкового пути», 2000 г.). К началу 2003 года бесстыковой путь был уложен на полигоне длиной более 50 тыс. км, что составляет около 40 % протяженности главных путей российских железных дорог.

Устойчивость бесстыкового пути к выбросу

Температурный выброс пути — характерное изменение железнодорожного пути в плане в результате самопроизвольной разрядки температурного напряжения в рельс х пути. За время около 0,2 с образуется резкое искривление рельсов (до 0,3—0,5 м на длине 20—40 м) с несколькими волнами в горизонтальной плоскости. Рельсы приобретают остаточные деформации и становятся непригодными для работы в пути, часть шпал раскалывается, щебень с балластной призмы отбрасывается. Выброс пути является серьёзной угрозой безопасности движения поездов: при возникновении выброса пути движение поездов на участке закрывается.

Рисунок 2. Выброс бесстыкового пути

Причины возникновения выброса.

 Первая причина заключается в том, что перед движущимся коле­сом возникает зона, где рельс несколько приподнимается по сравне­нию со своим исходным положением. В этой зоне отрицательного про­гиба максимальный подъем рельса составляет всего 4 % от прогиба под колесом. Однако и при таком небольшом его поднятии уменьша­ются силы сцепления шпал со щебеночным основанием и сопротив­ление пути перемещению.

Вторая причина - изменяется устойчивость пути при его вибрации позади и впереди движущегося поезда.

Третья причина - происходит угон пути. При наличии надежной упругой связи рельсовых плетей с основанием эти силы относительно невелики. Однако если на длине плети имеются участки, где плохо за­креплены клеммы промежуточных скреплений, при проходе поезда по ним возникают местные подвижки плети с образованием на их концах значительных по величине дополнительных сил сжатия или растяже­ния. Складываясь с температурными продольными силами, они могут вызвать нарушение устойчивости путевой решетки. Потеря устойчи­вости путевой решетки бесстыкового пути может произойти как в гори­зонтальной, так и в вертикальной плоскостях.

Критическую продольную сжимающую силу, которая вызывает по­терю устойчивости путевой решетки, стремились определить как тео­ретически, так и экспериментально. Известны различные теоретические подходы к определению крити­ческой силы, разработанные в России К.Н. Мищенко, С.П. Першиным, С.И. Морозовым, А.Я. Коганом и другими учеными. В последние годы М.Ф. Вериго предложен метод имитационного моделирования устой­чивости бесстыкового пути. А.Я. Коганом разработана методика расче­та устойчивости бесстыкового пути, учитывающая взаимосвязь крити­ческой сжимающей силы в рельсовых плетях с размерами неровностей в прямых и кривых участках пути. Экспериментальные исследования включают в себя как определе­ние отдельных характеристик сопротивляемости бесстыкового пути и отдельных его элементов выбросу (силы сопротивления шпал пере­мещениям и промежуточных скреплений повороту рельса, моменты инерции путевых решеток и др.), так и создание специальных участ­ков пути - стендов, на которых воссоздаются условия и изучаются процессы, сопровождающие процесс потери устойчивости бесстыко­вого пути.

Важнейшее значение имели результаты экспериментальных иссле­дований, проведенных в 60-х г.г. прошлого века под руководством Е.М. Бромберга на опытном стенде ВНИИЖТа. Наблюдения за искрив­лениями путевой решетки на стенде при нагревании рельсов позволи­ли выяснить, как протекает процесс потери устойчивости. Было уста­новлено, что при существующих соотношениях жесткости пути в горизонтальной и вертикальной плоскостях процесс потери устойчи­вости происходит только в горизонтальной плоскости.

До некоторого значения температуры t_k продольная сжимающая сила возрастает до величины N_k , причем поперечные перемещения путевой решетки при этом не происходят. При дальнейшем повышении температуры появляются нелинейно изменяющиеся такие пере­мещения путевой решетки, растущие сначала медленно, а затем при достижении некоторой температуры t_зk - весьма быстро. На конеч­ной стадии перемещения приобретают динамический характер, и про­исходит выброс пути.

Если нагревание рельсовых плетей прекращалось в интервале тем­ператур рельсов от t_k до t_зk и в дальнейшем они остывали, то путь оставался деформированным. При повторном нагревании уже искрив­ленного пути выброс происходил, когда значения температур были уже меньше.

Е.М. Бромберг предложил конструкцию и интервалы закрепления рельсовых плетей бесстыкового пути выбирать таким образом, чтобы предотвратить наступление первого критического состояния - начала подвижек путевой решетки.

Наблюдения показали, что при потере устойчивости бесстыкового пути в кривых участках выброс происходит всегда наружу кривой. Сна­чала возникает поперечная сдвижка путевой решетки на небольших по длине участках (8-12 м). Непосредственно перед выбросом наружняя рельсовая плеть в кривой при щебеночном балласте в плане имеет от­клонения от первоначального положения, равные 15-25 мм, а при ас­бестовом балласте - всего 5-6 мм.

Допустимое по условиям обеспечения устойчивости бесстыкового пути повышение температур рельсов было определено в ходе экспери­ментальных и теоретических исследований, на основании которых в Приложении к «Техническим указаниям по устройству, укладке, со­держанию и ремонту бесстыкового пути» даны значения величин Δt_у для вновь уложенных или переложенных повторно с переборкой путе­вой решетки рельсовых плетей при различных конструкциях верхнего строения пути. Приведем значения допустимого повышения тем­ператур рельсовых плетей бесстыкового пути с балластным слоем из щебня скальных пород.

Бесстыковые рельсовые плети закрепляются в определённом температурном интервале. По условиям прочности рельса и устойчивости пути определяются допустимые напряжения растяжения и сжатия и соответствующие им перепады температур Δt_р и Δt_с. Отнимая от наивысшей температуры рельса Δt_р, получаем минимальную температуру закрепления, прибавляя к минимальной температуре рельса Δt_с — максимальную температуру закрепления. Закрепление рекомендуется производить при температуре, лежащей в верхней трети расчётного температурного интервала.

При отличии температуры рельса при закреплении от оптимальной рельсовая плеть вводится в температурный режим путём принудительного изменения её длины при помощи гидравлического натяжного устройства. Если диапазон температур закрепления меньше 7—10 °C или даже отрицательный, то эксплуатация бесстыкового пути температурно-напряжённого типа невозможна без разрядок напряжения. Для этого используются уравнительные плети, рельсы в которых периодически заменяются на более длинные или более короткие, либо уравнительные приборы.

Список использованной литературы

1. Крейнис З.Л., Селезнева Н.Е. Бесстыковой путь. Как устроен и работает бесстыковой путь: Учебное пособие / Под ред. проф. Крейниса З.Л. - М.: Маршрут, 2005. - 84 с.

2. Коган А. Я. Динамика пути и его взаимодействие с подвижным соста­вом. М.: Транспорт, 1997. - 326 с.

3. Вериго М. Ф. Новые методы в установлении норм устройства и содержания бесстыкового пути.- М: Интекст, 2000. - 184 с.

4. Бромберг Е.М. Экспериментальное изучение устойчивости бесстыкового пути // Труды ВНИИЖТ МПС, вып. 244. – Москва: Трансжелдориздат, 1962. - С. 129-163.

6.https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D0%BC%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%80%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%B2%D1%8B%D0%B1%D1%80%D0%BE%D1%81_%D0%BF%D1%83%D1%82%D0%B8

7.https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D0%B5%D1%81%D1%81%D1%82%D1%8B%D0%BA%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B9_%D0%BF%D1%83%D1%82%D1%8C

Код для цитирования: Скопировать