599

Рис. 7.11. Перераспределение растягивающих продольных сил в зоне сварки и на прилегающих участках в зависимости от длины участка раскрепления:

2Lраскр, 2L*раскр , 2L**раскр — общая длина участка раскрепления;

r0 — продольное погонное сопротивление перемещению раскрепленной плети; r1 — продольное погонное сопротивление перемещению закрепленной плети

предельной, так как при дальнейшем увеличении длины участка раскрепления перераспределения продольных сил не происходит. Длина участка раскрепления зависит от величины отклонения продольных сил в зоне сварки от расчетных продольных сил, т.е. от разницы температуры рельсов при сварке и закреплении плети при укладке ( N = αEF(tз − tв ) ). Длина участка раскрепления также зависит от величины погонного сопротивления продольному перемещению свободно лежащей и закрепленной плети (r0 и r1 на рис. 7.11).

Расчеты показывают, что при нормативной затяжке гаек клеммных и закладных болтов и погонном сопротивлении рельсовой плети, вывешенной на ролики, r0 = 0,15 кН/м, предельно

связано с большими трудовыми затратами, целесообразно ограничить предельно допустимую разность температур величиной [ tв ] = [tз − tв ] =15 °С. В этом случае длина участка раскрепления

Lраскр = 150 м. Целесообразность ограничения предельно допустимой разницы температур [ tв ]

также связана c достаточно неопределенным начальным напряженным состоянием, что значительно снижает эффективность перераспределения продольных сил при значительных длинах участков раскрепления.

Из рассмотренного качественного рассмотрения процесса перераспределения продольных сил в зоне сварки и на прилегающих участках можно сделать следующий вывод:

При восстановлении целостности рельсовых плетей без применения технологий, обеспечивающих создание расчетных напряжений в зоне сварки и на прилегающих участках, сварку рельсовых плетей необходимо производить при температуре рельса, отличающейся от температуры закрепления плетей не более чем на ±15 °С. Для перераспределения продольных сил

в зоне сварки необходимо раскрепить участки плети по 150 м в обе стороны от середины ввариваемой рубки с вывешиванием их на роликовые опоры или антифрикционные прокладки. Перераспределение продольных сил можно осуществлять непосредственно после сварки или в другое время при температуре рельса не выше температуры закрепления плетей.

В разд. 4 показано, при сопротивлении продольному перемещению рельсовой плети меньше нормативного, возникающие от воздействия подвижного состава силы угона приводят к

появлению локальных дополнительных сжимающих и растягивающих сил, значительные значения которых могут вызвать осложнения в эксплуатации бесстыкового пути. Для предотвращения критических значений возникающей неравномерности продольных сил по длине плетей существует система контроля за продольными перемещениями сечением плетей, а также за усилием затяжки гаек клеммных и закладных болтов, описанная в подразд. 7.2.

Всоответствии с данной системой, если расстояние между контрольными сечениями изменилось больше чем на 10 мм, то необходимо выполнить регулировку напряжений. Рассмотрим возникшую неравномерность продольных сил на участке плети с контрольными сечениями № 6–13.

Втабл. 7.4 приведены полученные в результате измерений смещения рисок в контрольных сечениях.

Здесь U — величина смещений рисок в

где EF — продольная жесткость рельса; ξ — относительная деформация участка l.

На рис. 7.12 приведена эпюра возникших дополнительных продольных сил на участке между сечениями 7–13. Дополнительные продольные силы на рис. 7.12 являются остаточными силами угона, возникшими вследствие недостаточных сил погонного сопротивления перемещению сечений рельсовой плети (меньше нормативных значений).

Для регулировки напряжений рельсовую плеть на участке между сечениями 6–13 освобождают от закрепления, вывешивают на ролики или антифрикционные прокладки.

Ролики или антифрикционные прокладки устанавливают на каждой 15-й шпале. Освобождение участка плети необходимо начинать с растянутой зоны (с сечения 13) и последовательно продолжать в сторону сжатой — до сечения 6. Это требование связано с необходимостью исключить негативные последствия наличия в зоне сечений 7–9 значительных сжимающих сил (суммарных температурных и остаточных сил угона).

Рис. 7.12. Распределение возникших дополнительных продольных сил по длине плети

В соответствии с ТУ–2001 регулировка напряжений должна производиться при температуре плетей, равной или меньшей их температуры закрепления. Эта рекомендация также связана с возможным наличием значительных сжимающих сил в сжатой зоне.

Регулировка напряжений происходит за счет перераспределения сжимающих и растягивающих продольных сил. В приведенном примере на рис. 7.12 площади эпюр сжимающих и растягивающих продольных сил примерно равны. Но, на практике, в первую очередь, вследствие достаточно неопределенного начального напряженного состояния рельсовых плетей, возможно преобладания продольных сил одного знака (например, на рис. 7.13).

Рис. 7.13. Перераспределение продольных сил по длине рельсовой плети

В этом случае регулировка напряжений происходит в основном за счет перераспределения напряжений одного знака, поэтому зону раскрепления необходимо увеличить.

Если после проведенной регулировки напряжений смещения контрольных сечений превышают 5 мм, а изменения расстояний между ними превышают 10 мм, то на коротких плетях необходимо выполнить разрядку напряжений с введением их в оптимальную температуру закрепления. На плетях, равных длине блок-участков и перегонов, определяется отклонение фактической температуры закрепления этого участка плети от первоначальной по ранее приведенной формуле (7.8):

рассматриваемом участке (в приведенном примере сечения 7–12).

Для получения единой температуры закрепления для участка перераспределения продольных

где tз — температура закрепления плети при укладке.

В формулах (7.12) (+) — соответствует перемещениям удлинения, а (–) — перемещениям укорочения.

7.4. Обеспечение устойчивости бесстыкового пути при производстве путевых работ

Особенности производства путевых работ по текущему содержанию пути

Не допускается производить работы, связанные с ослаблением сопротивления бесстыкового пути боковому и вертикальному перемещению, при превышении допускаемого изменения температуры рельсовых плетей относительно температуры их закрепления (табл. 7.5).

При производстве работ чрезвычайно важно осуществлять постоянный контроль за изменением температуры рельсов с помощью переносных термометров.

Решение о возможности производства планируемой работы руководитель работ принимает после определения температуры рельсов, сравнения ее с температурой закрепления, выяснения ожидаемого изменения температуры рельсов к моменту завершения работ.

Планирование работ и принятие необходимых мер безопасности в период экстремальных температур рельсов производится на основе оперативной информацию о суточных и длительных прогнозах температур рельсов. Непрерывные изменения температуры рельсов регистрируются на специальных температурных стендах дистанций пути в местах, определяемых геофизической станцией дороги, а также на стендах дорожных метеостанцией.

Таблица 7.5

Допускаемые изменения температуры рельсовых плетей при текущем содержании бесстыкового пути

Исправлять просадки, толчки и перекосы укладкой или заменой прокладок до 10 мм между подошвой рельсов и подкладками разрешается, если температура рельсовых плетей превышает температуру их закрепления не более чем на 15 °С. При производстве этих работ запрещается снимать клеммы.

При температуре рельсов, превышающей температуру закрепления плети на 15 °С и больше, одиночную смену подкладок, прокладок, клеммных и закладных болтов, пружинных шайб, клемм можно выполнять одновременно не чаще чем через 10 шпал.

На участках бесстыкового пути должен быть покилометровый запас рельсов и стыковых скреплений, обеспечивающий оперативное выполнение работ в уравнительных пролетах, при изломах плетей и восстановлении их целостности (табл. 4.2 ТУ–2001). В кривых участках пути покилометровый запас рельсов для временного восстановления плетей должен своевременно пополняться и заменяться рельсами с соответствующим боковым износом с тем, чтобы после восстановления плети горизонтальная ступенька в стыках не превышала 1 мм.

На дистанциях пути, обслуживающих бесстыковой путь, должен быть дополнительный инструмент и оборудование (по перечню в табл. 4.3 ТУ– 2001).

Особенности ремонта бесстыкового пути с применением путевых машин

Использование путевых машин при ремонтах бесстыкового пути связано с поднятием, поперечным и продольным сдвигом и другими воздействиями на рельсошпальную решетку и балластную призму, что приводит к существенному ослаблению сопротивления ее перемещениям. Поэтому необходима регламентация температурных условий работ с применением путевых машин.

Работы с применением щебнеочистительных, балластировочных, выправочных и стабилизирующих машин на участках бесстыкового пути можно производить при отклонениях температуры рельсовых плетей от температуры их закрепления, не превышающих значений, приведенных в табл. 7.6.

В исключительных случаях работы выполняются в утренние и вечерние часы или после снятия температурных напряжений в плетях.

При работе щебнеочистительных и балластировочных машин необходимо выполнять рекомендации, приведенные в ТУ–2001 (п. 4.4.5 – 4.4.9).

После использования в «окно» комплекса основных машин, включая динамический стабилизатор, на отремонтированном участке дополнительно контролируют усилие затяжки болтов динамометрическим ключом и возможный угон плетей по поперечным створам от постоянных реперов. При обнаружении отступлений принимают меры в соответствии с п. 4.2 ТУ–2001.

Таблица 7.6

Допускаемые изменения температуры рельсовых плетей при работе путевых машин

Так же, как и при текущем содержании, о всех работах, связанных с воздействием на температурно-напряженное состояние бесстыкового пути, по окончании работ с применением тяжелых путевых машин следует делать записи в Журнале или Паспортекарте.

Как следует из табл. 7.6, наиболее жесткие ограничения установлены для двухферменных машин с подрезным ножом, очищающих щебень центробежным способом с подъемкой решетки до 35 см. При работах с применением таких машин рекомендуется границы фронта работ назначать на уравнительных пролетах.

Если указанные условия не выполняются, то для обеспечения устойчивости пути необходимо провести разрядку напряжений в рельсах.

В случаях окончания работ вне уравнительных пролетов до подхода к месту разрядки сетки и ножа необходимо произвести ослабление гаек клеммных болтов на участке длиной 150 м (или до ближайшего уравнительного пролета), не подлежащем очистке балласта в данное «окно». Опускание решетки начинают за 60–70 м до места разрядки так, чтобы высота ее вывешивания стала, по возможности, минимальной и не превышала 25 см. На указанном участке в период «окна» следует произвести усиленную дозировку балласта по концам шпал.

После окончания работ необходимо проверить положение плети по «маячным» шпалам или поперечным створам. Если на отдельных участках изменение длины между соседними контрольными сечениями превышает 10 мм, необходимо провести разрядку напряжений, восстановив температурный режим работы плети.

7.5. Бесстыковой путь в суровых климатических условиях

Особенности конструкции и эксплуатации бесстыкового пути при больших суточных и годовых колебаниях температур

Железные дороги Сибири и Дальнего Востока характеризуются сложными климатическими условиями, большими суточными и годовыми перепадами температуры воздуха и рельсов. Годовые перепады температуры рельсов на железных дорогах Сибири и Дальнего Востока в основном колеблются от 105 до 119 °С. Только на прибрежных участках Дальневосточной железной дороги годовые перепады температуры рельсов составляют 87–105 °С и на участке Восточно-Сибирской железной дороги южнее озера Байкал 101–106 °С.

Если рассматривать зарубежный опыт, то в близких климатических условиях эксплуатируются лишь отдельные участки железных дорог Канады с годовыми перепадами температуры рельсов 105–115 °С. Но на этих участках эксплуатируется звеньевой путь с деревянными шпалами.

На железных дорогах Сибири и Дальнего Востока наблюдаются также большие суточные перепады температуры рельсов. Так, на Забайкальской железной дороге зафиксированы суточные колебания температуры рельсов, достигающие 50–57 °С. Такие перепады наиболее опасны в весенний период, когда балласт уже оттаял и находится во влажном состоянии. При таком состоянии балластной призмы сопротивление рельсошпальной решетки поперечному сдвигу уменьшается на 20–30 %, что существенно снижает устойчивость пути выбросу.

Другой особенностью железных дорог региона является то, что Восточно-Сибирская, Забайкальская железные дороги, а также северная часть Дальневосточной находятся в зоне распространения мерзлых грунтов.

Рассмотренные особенности вызывают необходимость повышенных требований к конструкции, устройству и содержанию бесстыкового пути.

Так, в регионах с годовыми амплитудами температур рельсов более 112 °С для повышения устойчивости пути при укладке бесстыкового пути вне зависимости от плана линии железобетонные шпалы необходимо укладывать по эпюре 2000 шт./км.

Существенно усложняется эксплуатация рельсового хозяйства. Величина удельного одиночного изъятия рельсов Р65 в районах с холодным климатом в 1,9–2,1 раза, а в районах с умеренно холодным — в 1,4–1,5 раза выше, чем в районах с умеренным климатом. При этом выход рельсов в зимние месяцы почти в 2 раза больше, чем в летние. Это обусловлено:

—большой продолжительностью зимнего периода с увеличенной жесткостью подрельсового основания;

—резкими суточными и годовые перепадами температуры, вызывающими значительные градиенты температурных сил;

—охрупчиванием металла при низких отрицательных температурах.

Поэтому при укладке бесстыкового пути в регионах Сибири и Дальнего Востока рельсовые плети рекомендуется сваривать из термически упрочненных, низкотемпературной надежности рельсов.

Работа стыковых и промежуточных рельсовых скреплений в условиях Сибири и Дальнего Востока

На железных дорогах России основной конструкции промежуточных рельсовых скреплений на бесстыковом пути являются скрепления КБ-65. Данные скрепления имеют достаточную степень надежности, однако они многодетальны и имеют значительную жесткость скреплений, что в процессе эксплуатации приводит к интенсивному ослаблению степени затяжки гаек клеммных и закладных болтов и соответственно к падению усилий прижатия рельса к подкладке в процессе эксплуатации.

Врельсовых плетях бесстыкового пути железных дорогах Сибири и Дальнего Востока реализуются температурные силы, близкие к предельно допустимым. В этих условиях чрезвычайно важно сохранение в процессе эксплуатации расчетного напряженнодеформированного состояния плетей.

Всоответствии с ТУ–2001, для обеспечения расчетного напряженнодеформированного состояния плетей, гайки клеммных и закладных болтов должны быть

затянуты крутящим моментом соответственно 150 и 120 Н м. Как известно, при снижении крутящего момента на нетормозных участках пути до 60–70 Н м, а на тормозных до 100– 110 Н м, наблюдается угон пути. Угон пути приводит к появлению существенных локальных отступлений напряженного состояния от расчетного (до 350 кН). Локальные отступления напряженного состояния от расчетного вызывают опасность выброса при температурах, близких к максимальным, или излома при низких температурах.

Снижение крутящего момента затяжки клеммных и закладных болтов от нормативной до 60–70 Н м после укладки и закрепления плетей, при грузонапряженности 40–50 млн т-км брутто/км в год происходит соответственно за 10–15 дней и за 5–10 дней. Соответственно возникает необходимость в подтяжке гаек клеммных и закладных болтов. При этом после первого подкрепления болтов в интервале пропущенного тоннажа 2–10 млн т брутто груза также происходит достаточно интенсивное ослабление клеммного нажатия, что приводит к необходимости повторного закрепления клемм.

После пропуска 10–15 млн т брутто груза интенсивность ослабления крутящего момента для скрепления типа КБ-65 колеблется в пределах 14–20 Н м на 10 млн т пропущенного груза в зависимости от условий эксплуатации.

Для уменьшения периодичности затяжки гаек клеммных и закладных болтов и соответствующих трудозатрат необходимо увеличить расчетный момент их затяжки. Конструкция скреплений КБ позволяет иметь первоначальный крутящий момент затяжки клеммных болтов 250–300 Н м, а закладных — до 200 Н м. При такой затяжке на участках с грузонапряженностью до 50 млн т брутто подкрепление болтов только один раз в год (предпочтительно осенью) исключит возможность появления угона участков рельсовых плетей. Опыт закрепления гаек клеммных болтов с расчетным моментом 250 Н м и более имеется на Октябрьской, Московской и ряде других дорог.

Существенное увеличение периодов между подтягиванием гаек скреплений обеспечивает периодическая шлифовка рельсовых плетей (до 1,5 раза). В результате шлифовки снижается динамическое воздействие подвижного состава на путь, а соответственно и расстройство скреплений.

Важным фактором, определяющим необходимость периодического подтягивания гаек болтов скреплений в условиях Сибири, является требование по предотвращению появления зазора, опасного для прохода поезда в случае излома плети.

Как известно, зазоры, образующиеся в случае излома плети, зависят от перепада температуры плети в момент излома относительно температуры закрепления и погонных сопротивлений сдвигу рельсов по подкладкам. К особенностям регионов Сибири и Дальнего Востока относится наличие длительных периодов, в течение которых температуры близки к экстремальным значениям, а также большие суточные перепады температур рельсов, достигающие 40–55 °С. Как показывают расчеты, в ряде случаев

нормативная затяжка гаек клеммных и закладных болтов не обеспечивает выполнение данного требования.

При перепаде температур 80–85 °С, для предотвращения появления зазора более 50 мм гайки клеммных болтов должны быть затянуты крутящим моментом 180–185 Н м. С учетом ослабления

затяжки, для дорог Сибири и Дальнего Востока величина крутящего момента должна быть не менее 200 Н м. При этом затяжка закладных болтов не должна быть менее 150 Н м.

Негативное влияние оказывает на процесс взаимодействия пути и подвижного состава, на выход элементов железнодорожного пути, а также и на напряженно-деформированное состояние рельсовых плетей длительное пребывание железнодорожного пути при низких температурах, которое характеризуется повышенной его жесткостью и дополнительным динамическим воздействием подвижного состава. Поэтому в климатических условиях Сибири и Дальнего Востока должны применяться скрепления с нашпальными подрельсовыми прокладками, изготовленными из морозостойких материалов, обеспечивающих их работу при температуре до –65 °С.

Сложные климатические и эксплуатационные условия работы дорог Сибири и Дальнего Востока приводят к повышенным требованиям также и к стыковым скреплениям.

Вследствие интенсивного ослабления натяжения стыковых болтов в процессе эксплуатации конструкция стыка с болтами из стали 35, без сезонной замены одной пары уравнительных рельсов, может эксплуатироваться в регионах с годовыми амплитудами температуры рельсов 95–105 °С. Бытовое сопротивление стыков Р65 колеблется от 250 до 150 кН, что более чем в 2 раза ниже нормативного значения, соответствующего нормативной затяжке стыковых болтов 600 Н м.

Повышение стабильности и сопротивления стыка продольным перемещениям конца плети обеспечивает применение высокопрочных болтов, изготовленных из стали 40Х. Применение высокопрочных болтов с тарельчатыми шайбами позволяет повысить почти в 2 раза сопротивление стыка продольному сдвигу концов плетей, а также резко понизить интенсивность падения натяжения стыковых болтов.

Поэтому в условиях Сибири и Дальнего Востока в уравнительных пролетах должны применяться шестидырные накладки, стягиваемыми полным комплектом высокопрочных болтов с крутящим моментом не менее 1100 Н м.

Дополнительные требования к безопасности движения поездов

Дополнительные требования к безопасности движения поездов в регионах Сибири и Дальнего Востока вызваны резкими суточными перепадами температур, высокими летними температурами рельсов, частой их повторяемостью. В первую очередь повышены требования к конструкции и содержанию пути в зимних условиях. Вследствие

интенсивного выхода рельсов по дефектам при пониженных температурах требуется более частая проверка состояния рельсовых плетей и уравнительных рельсов дефектоскопными средствами. Дополнительный дефектоскопный контроль необходимо вводить на весь период действия низких температур. Особое внимание при этом должно обращаться на состояние сварных стыков. При температурах рельсов до минус 30 °С дефектоскопный контроль осуществляется магнитными и ультразвуковыми дефектоскопами; при температурах ниже минус 30 °С — магнитными.

На участках с глубиной смятия в зоне сварного стыка до 2 мм скорость движения пассажирских поездов в зимний период с наступлением наиболее низких температур (ниже минус 30 °С) ограничивается до 100 км/ч, грузовых — до 70 км/ч, с глубиной смятия до 3

мм— до 60 км/ч. При смятии более 3 мм стык должен вырезаться.

Сцелью повышения устойчивости бесстыкового пути, особенно в периоды резких колебаний или длительного воздействия высоких температур, в Сибирском регионе ширина плеча балластной призмы как на прямых, так и на кривых участках пути должна быть не менее 45 см. В кривых малого радиуса при резких суточных колебаниях температуры рельсов целесообразна присыпка валиком щебня на концах шпал, что позволяет повысить

сопротивление шпал сдвигу поперек оси пути до 15–20 %. При этом важно заполнение балластом шпальных ящиков (в зависимости от степени заполнения сопротивление рельсошпальной решетки поперечному сдвигу может снижаться, до 15–20 %).

Особую роль в повышении стабильности бесстыкового пути играет уплотнение балластной призмы. Применение вибрационных динамических стабилизаторов позволяет сократить период стабилизации пути после выполнения ремонтных работ в сочетании с глубокой очисткой балласта, которая обязательна на всех участках железных дорог Сибири и Дальнего Востока, где планируется укладка бесстыкового пути. Применение динамических стабилизаторов пути не только сокращает период стабилизации пути в вертикальной плоскости, но и увеличивает сопротивление сдвигу шпал поперек оси пути и, следовательно, его устойчивость.

Рис. 3.16. Напряженно-деформированное состояние уравнительного пролета

Рис. 4.4. Диаграмма температурных сил в средней части рельсовой плети