11. Влияние местных напряжений в рельсах на образование дефектов контактно-усталостного характера по рисункам 21 и 30

Металл головки рельса в зоне кон­такта, находясь в объемном сжатии, может выдержать большие давления без разрушения при расположении пло­щадки в средней части поверхности ка­тания и значительно меньшие — у края головки.

Опасными являются касательные напряжения, равные полуразности наи­большего σ₁ и наименьшего σ₃ глав­ных напряжении, достигающие своего максимума на глубине z₀= (0,2-г-0,5)a.

Чем больше разница между а и Ь, тем ближе к поверхности контакта за­легает точка с наибольшими касатель­ными напряжениями.

Для оценки прочности определяют эквивалентные напряжения (по теории прочности наибольших касательных напряжений):

внутри головки рельса на глубине z₀

на поверхности соприкосновения в центре эллипса

В конце большой оси эллипса

Коэффициенты n₁ и n₂ принимаются по графику в зависимости от отноше­ния r/R

По условию прочности эквивалент­ные напряжения не должны выходить за пределы контактной выносливости металла головки рельса. При больших динамических давлениях колес рельсы стандартного производства и прежде всего термически неупрочненные рель­сы типов Р50, Р65 и Р75 не удовлетво­ряют этому требованию — на грузонапряженных участках до 70 % одиноч­ного выхода рельсов составляет выход по дефектам головки, преимуществен­но по дефекту 21 из-за недостаточной контактной выносливости металла го­ловки.

ТО, зарождение трещины по дефекту 21 происходит в зоне боковой выкружки, примерно на глубине 5—12 мм (при воздействии вагонов с нагрузкой от ко­лесной пары на рельсы 250—270 кН — на большей глубине) и удалении от бо­ковой грани головки на 8—12 мм;

очаг дефекта зарождается, как пра­вило, в зоне расположения строчечных неметаллических включений (продук­тов раскисления и др.); возникновение дефектов раньше (при меньшей наработке) начинается в сечениях пути, где систематически реа­лизуются большие динамические силы взаимодействия из-за длительно неустраняемых неисправностей пути и в по­логих и средних кривых (R > 650 м).

30Г и 30В – горизонтальное/вертикальное расслоение металла в головке рельса

Причина – нарушение технологии изготовлении рельсов, наличие загрязнения рельсовой стали в виде крупных скоплений неметаллических включений, вытянутых вдоль проката

12. Цель и задачи расчета пути на прочность

Прочность оценивается уровнем напряжений, условие прочности должно быть следующим: напряжения, возникающие в ВСП должны быть меньше или равны допускаемым

Дополнительные напряжения определяются нормативными документами.

Цель расчетов пути на прочность – определить напряженно-деформируемое состояние основных элементов ВСП с целью определения степени надежности конструкции пути, работающего под определенным силовым воздействием.

Любые напряжения являются функцией статического давления колеса на рельс, скорости движения экипажа, расстояния между осями шпал, толщины балластного слоя, модуля упругости подрельсового основания и др.