IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Введение.

В истории железных дорог долго велись поиски конструкции стыков, которые обеспечили бы прочности и устойчивость пути в местах соединения рельсов. Однако устранить полностью вредное влияние стыков до сих пор не удалось. Рельсовые стыки остаются основными возбудителями динамических и ударных воздействий подвижного состава на путь. Затраты труда на содержание стыков достигают 40% всех затрат на текущее содержание пути. Чтобы сократить число рельсовых стыков в пути, в течении ряда десятилетий стремились увеличить стандартную длину рельсов. Однако коренное решение проблемы рельсового стыка воплотились в так называемом бесстыковом пути, в котором число рельсовых сокращается на десятка, а при непрерывной сварке рельсов не только на перегонах, но и в пределах станции, в том числе и на стрелочных переводах в тысячи раз. 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, снижая величины продольных сжимающих или растягивающих сил.

Участок на станции Подмосковная стал экспериментальным полигоном изучения особенностей работы бесстыкового пути, базой накопления опыта для последующего практического применения в широких масштабах. Выполненные исследования позволили перейти от созданной в начале 1950-х годов инженером (затем доктором технических наук) М. С. Боченковым конструкции бесстыкового пути с саморазрядкой к пути с сезонными разрядками температурных напряжений, а затем и к температурно-напряжённой его конструкции без сезонных разрядок напряжений, ставшей основной.

Современный этап развития путевого хозяйства характеризуется все большим распространением прогрессивных ресурсосберегающих технологий ремонта и технического обслуживания железнодорожного пути, высокопроизводительных путевых машин, внедрением эффективных конструкций пути, к числу которых относится бесстыковой путь.

На Варшавско-Венской железной дороге (1857—1867) укладывались рельсы длиной всего 4,57 м (главные пути) и 2,13 м (станционные пути). На железной дороге Москва—Санкт-Петербург (1851) были уложены рельсы длиной 5,486 м. С начала 70-х гг. XIX в. начали входить в упо- требление рельсы длиной 7,315 м (24 фута), в начале 80-х гг. — 8,534 м (28 футов). С 1909 г. в России была разрешена укладка рельсов длиной 12,8 м и 14,94 м, причем первый размер было предложено считать нормальным. Увеличению длины рельсов в числе прочих обстоятельств мешала низкая мощность конструкции верхнего строения пути, а также распространенное в инженерных кругах мнение о необходимости обеспечивать свободное удлинение рельсов при изменении их температуры за счет стыковых зазоров.

Повышенный интерес к проблеме длины рельсов стал проявляться в 20-х гг. XX в., когда ученые разных стран занялись теоретическими исследованиями и экспериментами по выяснению роли и значения погонных и стыковых сопротивлений, противодействующих свободному изменению длины рельсов при колебаниях температуры. В начале 30-х гг. прошлого века уже перешли в основном на укладку длинных рельсов.

На VIII конгрессе железных дорог в 1930 г. была подтверждена возможность укладки плетей 60-метровой длины. В 1932 г. на направлении Купянск—Валуйки были впервые в нашей стране уложены рельсы длиной 37,5 м. В этом же году рельсовые плети длиной 215—225 м были уложены на мостах через р. Оку у Серпухова и через р. Волгу у Калягина. В это время начали укладывать на станционных путях сварные рельсы длиной 60—100 м. В 1937 г. на приемоотправочных путях ст. Данилов были уложены рельсовые плети длиной от 300 до 800 м. В 1933 г. на ст. Подмосковная соорудили первый в нашей стране участок бесстыкового пути длиной 477 м.

Отдельные достижения в укладке длинных рельсов и работы отечественных и зарубежных ученых подготовили базу для широкого внедрения бесстыкового пути, позволяющего увеличить длину рельсовых плетей до 500—800 м и более (до 4 км). Однако начавшаяся Вторая мировая война приостановила дальнейшее развитие и внедрение этой конструкции.

В первые послевоенные годы работы по укладке длинных рельсов и бесстыкового пути были возобновлены. Началом укладки бесстыкового пути в нашей стране следует считать 1949 г., когда на бывшей Томской железной дороге по предложению М.С. Боченкова был уложен бесстыковой путь с саморазрядкой температурных напряжений.

Температурно-напряженный бесстыковой путь на деревянных шпалах был впервые уложен на бывшей Московско-Курско-Донбасской железной дороге в 1956 г., а в следующем году началась укладка бесстыкового пути на железобетонных шпалах. Вместо уравнительных приборов, устанавливавшихся по концам плетей, стали укладывать уравнительные рельсы. В условиях большой грузонапряженности на бывшей Донецкой железной дороге в 1959 г. был сооружен первый участок бесстыкового пути температурно-напряженного типа.

Бесстыковой путь.

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 петли. Рельсы могут свариваться в петли длиной в перегон и достигать 30 и более километров, иногда такие петли свариваются со стрелками и станционными путями в единое целое.

Данный вид пути не рассчитан на воздействие значительных температурных напряжений, возникающих в рельсах при колебания температуры воздуха. Рельсовые петли изготовляют из стандартных рельсов Р65 (25м) сваркой на предприятиях или непосредственно на месте укладки. Хотя прокладка бесстыкового пути более дорогостояща, чем звеньевого, он отличается высокими эксплуатационными качествами, обеспечивающими высокоскоростное движение поездов, комфортабельность проезда пассажиров и снижение расходов на содержание подвижного состава пути.

Бесстыковой путь является наиболее прогрессивным и совершенным типом железнодорожного пути. По способу эксплуатации он может быть температурно-напряжённым без периодической разрядки температурных напряжений и температурно-напряженным с периодической разрядкой температурных напряжений.

Принципиальной разницы в работе пути в этих двух видов нет. Предпочтение отдаётся первой разновидности, так как он работает при годовой температурной амплитуде данной местности.

Бесстыковой путь, требующий сезонных разрядок напряжений, используют в тех случаях, когда по местным условиям напряжения в рельсовых петлях могут превышать допускаемые или когда не обеспечивается устойчивость пути т.е. большая амплитуда колебаний температуры, тяжёлый обращающийся подвижной состав, недостаточная мощность конструкции пути и тому подобное.

Основные особенности температурно-напряженного бесстыкового пути – значительные дополнительные температурные напряжения в рельсах и перемещения концевых участков от изменения температуры. Это обусловливает специальные требования к конструкции верхнего строения и к технологии укладки, содержания и ремонта пути.

Главнейшие требования к конструкции бесстыкового пути:

•  
  •  

    • рельсы должны обладать спасом прочности при работе на изгиб и кручение для компенсации температурных напряжений, равным 125-150 МПа (1250-1500 кгс/см²);

    • рельсошпальная решётка должна обеспечивать устойчивость пути против его выброса при нагревании рельсов;

    • балластная призма должна оказывать сопротивление перемещению в ней шпал;

    • рельсовые скрепления должны препятствовать изменению начального зазора в стыке петлей более чем на 10-12 мм при максимальном возможном изменении температуры рельса. Прикрепление рельсов к шпалам должно препятствовать угону и образованию значительного зазора зимой. Для этого промежуточное скрепление должно обеспечивать погонное сопротивление не менее 250 Н/см (25 кгс/см) по одной рельсовой нити, а стыковое соединение – сопротивление не менее 300 и 400 кН (30 и 40 тс) соответственно для рельсов типов Р50 и Р65.

Срок службы рельсов бесстыкового пути возрастает примерно на 20% по сравнению со стыковым, деревянных шпал – на 8-13%, балласта (до очистки) – на 25%. Расход рабочей силы и средств на текущее содержание 1 км бесстыкового температурно-напряженного пути снижается по сравнению со звеньевым путем на 25-30%.

Бесстыковой путь позволяет:

• экономить металл за счёт уменьшения количества стыковых скреплений;

• снизить динамическое воздействие на путь, возникающее в стыках;

• уменьшить износ рельсов и ходовых частей подвижного состава;

• сократить выход из строя рельсов по стыковым дефектам;

• уменьшить сопротивление движению поездов;

• снизить расходы на содержание и ремонт пути и подвижного состава. Например, если вместо рельсов длиной 12,5 м уложить плеть из рельсов типа Р65, то за счёт ликвидации стков на 1 км экономится 7,8 т металла.

У нас, бесстыковой путь, укладывают на прямых участках и в кривых радиусом 250 м и более, а на мостах пролётом до 68м. Даны рекомендации по сокращению в уравнительных пролётах количества рельсов, использованию для рельсов Р65 шестидырных накладок. В опытном порядке укладываются петли длиной, равной длине блок участка.

Однако из-за сложности восстановления дефектных рельсовых петлей и большой жёсткости железобетонных шпал укладка бесстыкового пути на участках с неустойчивым земляным полотном, подвергающимся неравномерному пучению зимой, просадкам, с интенсивным засорением щебеночного балластного слоя.

Конструкция бесстыкового пути.

Сопряжения элементов плана на бесстыковом пути должны соответствовать требованиям «Инструкции по текущему содержанию железнодорожного пути».

Земляное полотно должно быть прочным и устойчивым и иметь достаточные размеры для размещения балластной призмы. Минимальная ширина обочины земляного полотна для линии 1-го, 2-го и 3-го классов – 50 см, 4-го и 5-го классов – 40 см.

На стадии проектирования земляное полотно должно быть обследовано в соответствии с «Инструкцией по содержанию земляного полотна железнодорожного пути». Выявленные дефекты – пучины, просадки пути, сплывы, и оползания откосов насыпей и другие деформации земляного полотна должны быть устранены в соответствии с «Техническими условиями на работы по реконструкции (модернизации) и ремонту железнодорожного пути» до укладки бестыкового пути.

На участках со скоростями 201-250 км/час преимущественно должен применяться щебень первой категории из плотных горных пород для балластного слоя железнодорожного пути.

Рельсовые петли бесстыкового пути на мостах с железобетонными плитами стыкуются с бесстыковым путём на железобетонных шпалах за его пределами, с укладкой в пределах челноков шпал с эпюрой 2000 шт./км. Стыкование участков бесстыкового пути на железобетонных шпалах с различными типами рельсовых скреплений, а также с железобетонными мостовыми шпалами на мостах осуществляется без изменения их эпюр в зоне переходов. Аналогичным образом стыкуется басстыковой путь на железобетонных шпалах со стрелочными переводами на железобетонных брусьях.

При укладке бесстыкового пути каждый узел скреплений должен обеспечивать нормативное прижатие рельса к основанию не менее 20 кН. Это достигается затяжкой болтов и шурупов промежуточных скреплений крутящим моментов в соответствии таблицы 1

Таблица 1. Нормы затяжки болтов и шурупов при укладке бесстыкового пути и допускаемому понижению её в процессе эксплуатации

Рельсовые петли.

Новые рельсы, свариваемые в условиях рельсосварочных поездов (РСП) в плети длинной 800 м и менее, именуемые далее короткими петлями, должны быть одного типа, одной марки стали, одинакового термического упрочнения, изготовлены на одном металлургическом комбинате и одной категории качества. Сварка новых рельсов в плети должна производиться в соответствии с требованиями Стандарта ОАО «РЖД». Длины плетей устанавливаются проектом. В стационарных условиях плети свариваются длиной 800 м и менее. Непосредственно в пути они свариваются до длины, установленной проектом. Петли их новых рельсов в пути свариваются передвижными рельсосварочными машинами (ПРСМ). Петли из старогодных рельсов свариваются между собой как электроконтактной, так и алюминотермитной сваркой. Стыки, сваренные ПРСМ, должны пройти термическую обработку.

Более короткие петли, но длиной не менее 100 м, могут укладываться между стрелочными переводами. При сварке стыков на стрелочном переводе место укладки уравнительных стыков определяется проектом. Между концами не сваренных стрелочных переводов и петлей. Уравнительных рельсов и стрелочного перевода должны стягиваться высокопрочными болтами. При их отсутствии длины петлей должны быть не менее 150 м.

Каждая эксплуатируемая плеть должна иметь маркировку. В проекте укладки бысстыкового пути каждой короткой плети присваивают порядковый номер, под которым она должна значиться в сварочной ведомости РСП и в Журнале учёта службы и температурного режима короткой рельсовой плети. Правую и левую плети по счёту километров отмечают буквами П и Л. В условиях РСП в начале и конце каждой плети, сверенной из новых или старогодных рельсов, на расстоянии не менее 150 см от её торцов на внутренней сторонне шейки рельса (со стороны оси пути) белой масляной краской наносят: номер РСП, номер плети по сварочной ведомости и длина плети.

Длина плети определяется в РСП при температуре рельса +20⁰С. Если длину плети измеряют неметаллической лентой или по специально разбитым поперечным створам и другими способами, при большей или меньшей температуре рельса, то следует вводить поправку используя следующую формулу:

Где L – измеренная при данной температуре длина плети, м;

t – температура рельса в данный момент измерения длины плети, ⁰С.

При обрезки концов плети в процессе укладки длина её корректируется. После укладки плети в путь её маркировка, сделанная в условиях РСП, дополняется следующей информацией:

номер плети по проекту с указанием её сторонности;

дата, год укладки (с указанием двух последних цифр);

температура закрепления плети.

В случае если температура плети при укладке не соответствует оптимальной температуре закрепления ± 5⁰С, то записывается её температура при укладке. После ввода плетей в оптимальную температуру закрепления температура укладки на концах плетей удаляется, а вместо неё записывается температура её закрепления на постоянный режим работы.

В результате маркировка коротких плетей принимает вид:

21 – 361 – 799,42 – 16Л – 03.06.12 + 34,

Где 21 – номер РСП;

361 – номер плети по сварочной ведомости;

799,45 – длина плети, м;

16Л – номер плети по проекту и её сторонность;

03.06.12 – дата и год укладки плети (берутся две последние цифры);

+ 34 – температура закрепления плети на постоянный режим работы.

Содержание и ремонт.

Все работы по текущему содержанию и ремонту бесстыкового пути производятся при допустимых отступлениях температуры рельсов от температуры их закрепления. Во время работы должен быть организован непрерывный контроль температуры рельсов, осуществляемый с помощью переносных термометров. Постоянный контроль над температурой ведётся на специальных температурных стендах дистанций пути в местах, определяемых геофизической станцией дороги, а также на стендах дорожных метеостанций.

Суточные и длительные прогнозы температур рельсов должны быть вовремя сообщены руководству дистанций пути и дорожным мастерам для учёта при планировании работ и принятия, необходимых мер безопасности в период экстремальных температур рельсов.

Перед выполнением путевых работ с применением путевых машин следует обеспечить затяжку гаек клеммных и закладных болтов до нормируемой величины.

Летом с наступлением температур рельсов, близких к наивысшей для данной местности, а зимой при понижении температур на 60 °C и более по сравнению с температурой закрепления или при температуре воздуха − 30 °C и ниже на весь период действия таких температур надзор за бесстыковым путём должен быть усилен. Порядок и сроки дополнительных осмотров и проверок бесстыкового пути устанавливает начальник дистанции пути.

В жаркие летние дни требуется особенно тщательно следить за положением пути в плане. Заметные отклонения пути в плане от правильного положения на длине 8—15 м могут служить признаком начала его выброса. При появлении летом при жаркой погоде резких углов в плане следует срочно оградить место неисправности сигналами остановки и немедленно приступить к устранению неисправности, руководствуясь следующими положениями.

При невозможности быстрого проведения разрядки необходимо вырезать кусок рельса.

Если превышение температуры рельса над температурой закрепления меньше 15 °C, то после устранения угла рихтовкой необходимо выполнить регулировку напряжений на участке, включающем место производства работ и примыкающие к нему участки длиной по 50 м, и произвести уплотнение балластной призмы за торцами шпал, включая плечо балластной призмы.

Зимой при низких температурах особое внимание необходимо уделять проверке рельсов, в первую очередь — в местах сварки и на протяженности 1 м в каждую сторону от них и следить за раскрытием стыковых зазоров.

При отступлениях от нормативной ширины балластной призмы на протяжении более 10 м должны обеспечиваться меры безопасности движения поездов в зависимости от величин отступлений и ожидаемых температур. При ширине плеча менее 25 см и ожидаемом повышении температур на 15 °C и более относительно температуры закрепления рельсовых плетей скорость ограничивается до 60 км/ч или менее в зависимости от конкретного состояния балластной призмы и промежуточных скреплений.

С момента закрепления плетей при укладке должен быть организован постоянный контроль над усилием затяжки гаек клеммных и закладных болтов и за продольными подвижками (угоном) плетей. На наличие угона указывают следы клемм на подошве рельсов, смещение подкладок по шпалам, взбугривание или неплотное прилегание балласта к боковым граням шпал и их перекос.

Снятие температурных напряжений в рельсовых плетях бесстыкового пути

Разрядку напряжений производят одновременно в правой и левой полуплетях, чтобы в обеих рельсовых нитях действовали одинаковые продольные силы. Если снять напряжения только в одной рельсовой нити, то в правой и левой рельсовых нитях возникнут разные продольные усилия, а при разных силах создаются условия для нарушения устойчивости пути.

Для принудительной разрядки напряжений в рельсовых нитях применяют гидравлические разгоночные или ударные приборы. Работы выполняются с ограждением их сигналами остановки. Поезда пропускаются по месту работ со скоростью 15 км/ч.

Разрядку напряжений на электрифицированном участке с автоблокировкой при длине рельсовых плетей 800 м, типе рельсов Р50 и тяжелее выполняет бригада, состоящая из 12 монтеров пути, четырех сигналистов, одного машиниста передвижной электростанции и бригадира пути. Работой руководит дорожный мастер. Место работ ограждают сигналами остановки. Работу выполняют без перерыва в движении поездов, за исключением случаев разрядки напряжений на пути со скреплением ЖБ.

Перед началом работ по разрядке температурных напряжений рельсовая плеть длиной 800 м разбивается на две полуплети длиной 400 м каждая. Середину рельсовой плети отмечают мелом на шейке рельса внутри колеи. Накануне рассчитывают возможное удлинение рельсовой полуплети в момент выполнения работ по разрядке напряжений. В зависимости от полученного удлинения полуплети принимают решение о числе и длине укороченных уравнительных рельсов, которые потребуется заменить

Вывод.

Отсутствие в рельсовых путях стыков позволило улучшить плавность движения поездов и снизить расходы на содержания пути, так же существенно уменьшается износ колес подвижного состава и сопротивление движению поездов, что сокращает расход топлива и электроэнергии на тягу поездов. При бесстыковом пути рельсовые плети не могут изменять свою длину при изменении температуры.

Применение бесстыкового пути особенно эффективно на участках скоростного движения поездов. Комфортабельная перевозка пассажиров за короткое время. Показатель престижа страны.

Список литературы

1. Крейнис З. Л. Бесстыковой путь. Как устроен и работает бесстыковой путь — М.: Маршрут, 2005

2. Инструкция по устройству, укладке, содержанию и ремонту бесстыкового пути – М: Утвержена распоряжением ОАО «РЖД», 2012

15

Код для цитирования: Скопировать