Часть III.Расчетное прогнозирование полных отказов и показателей долговечности рельсов.
3.1 Расчетное прогнозирование полных отказов и показателей
Долговечности рельсов .
Разновидности
повреждений (дефекты) рельсовых плетей,
обуславливающих их отказ, составляют
несколько десятков. При этом каждая
разновидность наряду с общими для всех
дефектов факторами (наработка
и нагрузка
)
имеет и свои специфические особенности
(местные напряжения).
В течение последних 30 лет существенно увеличилась доля отказов рельсов по контактным напряжениям и износу головки. Обусловлено это, во-первых, снижением количества отказов по основным изгибным напряжениям вследствие увеличения изгибной жесткости рельсов и повышения жесткости рельсового основания, во-вторых, повышением контактных напряжений вследствие увеличения осевых нагрузок, скоростей движения и жесткости пути.
Расчет отказов по каждой разновидности повреждений имеет смысл только при изменении конструкции или качества изготовления рельса. Такая необходимость возникает сравнительно редко при пересмотре ГОСТов и технических условий на рельсы. В обычных же условиях использование стандартных рельсов требует расчетов отказов пути при различных условиях эксплуатации интегрально по всем дефектам рельса.
Параметр потока отказов с увеличением наработки существенно возрастает, а наработка на отказ уменьшается.
Параметр
потока,
,
определяется по формуле:
-
где
-
грузонапряженность, (по заданию 15 млн. ткм брутто/км в год);
-
число отказов рельсов.
Средняя
наработка на отказ,
,
определяется по формуле:
При этом характерна значительная дисперсия (разброс) указанных показателей надежности. Обусловлено это существенной изменчивостью наработки рельсовой стали до усталостного разрушения и изменчивостью параметров жесткости и геометрического состояния пути по его протяжению.
При одинаковых стационарных условиях нагружения образцов одинаковой формы, изготовленных из металла одной плавки, число циклов до усталостного их разрушения может отличаться в 10 раз и более. Если отличается количество плавок одного металла, то дисперсия ещё больше. Применительно к рельсам налагается еще рассеяние податливости рельсовых опор и условий нагружения. Поэтому наработка разных рельсов до отказа является сильно изменчивой величиной.
Рельсы в главном пути эксплуатируют только до 4-6 и редко 10% количества их одиночных отказов. Потом их сплошь заменяют и после сортировки и ремонта используют на станционных путях и малодеятельных линиях.
Формула отказов рельсов в зависимости от пропущенного тоннажа имеет вид:
,где
-
-
наработка тоннажа, млн. т брутто;
-
максимально вероятная нагрузка на рельс на рассматриваемом участке пути, тс;
-
среднестатистическая осевая нагрузка на рельс на рассматриваемом участке пути, (по заданию = 14,2 тс);
-
коэффициенты аппроксимации.
Наработка тоннажа определяется по следующей формуле:
Это
выражение называется формулой для
прогнозных расчетов технического
(межремонтного) ресурса железнодорожного
пути по допускаемому количеству одиночных
отказов рельсов
(по
заданию
=6
, шт/км) , в среднем по рассматриваемому
участку.
-
где
-
ресурс пути в годах между сплошным обновлением верхнего строения пути;
Ресурс пути в годах между сплошным обновлением верхнего строения пути , , определяется по формуле:
Формула для определения количества одиночных отказов рельсов за последний год перед их сплошной заменой (капитальным ремонтом пути), определяется по формуле:
Из задания мы имеем следующие исходные данные:
-тип рельсов Р50;
-коэффициент
;
-радиус
кривой:
;
-грузонапряженность
участка:
млн.
ткм брутто/км в год;
-допускаемое
количество одиночных отказов рельсов:
;
-коэффициенты
аппроксимации:
и
.
Значения
параметра
зависит от типа рельсов, их качества
(вида термической обработки и раскисления),
а также от плана линии от типа участка.
Для
типовых (серийных) незакаленных рельсов
Р50 применительно к среднесетевой
совокупности осевых нагрузок (
тс/ось)
и установленному для таких условий
ресурсу, млн.т. брутто [ТР50]
= 350, значение параметра А будет равным
.
Эти значения параметра , как наиболее проверенные опытом эксплуатации и признанные, необходимо использовать в расчетах пути на надежность как базовые.
Для термоупрочненных стандартных рельсов и раскисленных по новой технологии современными лигатурами вводится коэффициент β, равный соответственно 1,5 и 1,25, а при реализации и термоупрочнении и новой технологии раскисления – 1,75.
Для кривых вводиться коэффициент, , который можно определить по формуле:
,где
-
-
радиус кривой, (по заданию R = 330м).
Итоговые формулы для определения численного значения параметра в зависимости от типа участка имеют вид:
Для прямого участка пути:
Для кривой заданного радиуса:
Вывод: В данном разделе мы определили параметр и вывели основные формулы для дальнейших расчетов.