2015-06-16
1774
На Горьковской железной дороге в 2000 г. в грузовом поезде при скорости 36 км/ч сошла с рельсов последняя тележка последнего вагона-зерновоза с грузом 47 т при входе в переходную кривую с круговой кривой радиусом 637 м и возвышением 100 мм. Сход произошел наружу кривой. В таком положении поезд прошел 3,5 км и на входном стрелочном переводе первой станции сошли с рельсов предпоследний вагон-зерновоз и первая тележка последнего вагона
Случай крушения - не редкий и заключение комиссии было «типичным». В техническом заключении комиссии с участием начальников службы и дистанции пути утверждалось, что причиной схода был выброс бесстыкового пути в плане внутрь кривой (не наружу!) из-за высокой температуры воздуха (+26 0С) и рельса (+ 38 0С). Виновным признали дорожного мастера, так как после работы машины ВПР-02 остались не заполненными балластом шпальные ящики на протяжении 20 м и не было образовано плечо балластной призмы. Кроме того, был обнаружен угол колеи в плане Это, по заключению комиссии, ослабило сопротивление поперечному смещению пути, а следовательно уменьшило его устойчивость.
|
|
|
Решением суда было поручено провести повторную судебно-техническую экспертизу с привлечением опытных специалистов в области надежности пути. В состав комиссии включены крупные ученые ВНИИЖТа: ведущий научный сотрудник В.С. Лысюк (был экспертом по 40 крушениям), главный научный сотрудник Г.Г. Желнин и заведующий лабораторией бесстыкового пути Н.П. Виногоров.
На основе тщательного анализа представленных материалов эксперты подтвердили вывод, многократно и убедительно доказанный экспериментами и расчетами, что сопротивление поперечному сдвигу рельсошпальной решетки под поездом в десятки раз больше, чем без него. Это справедливо и при наличии углов колеи в плане, и при незаполненных балластом шпальных ящиков, и при отсутствии плеча балластной призмы. Такой вывод подтверждается материалами ряда исследований:
При высокой вертикальной жесткости двух рельсов Р65 и нагружении их относительно близко расположенными колесами вагона-зерновоза (1,85; 3,42 и 5,2 м) место наименьшего сопротивления выбросу находится на расстоянии 5-20 м перед движущимся локомотивом. В этом месте сопротивление поперечному перемещению пути несколько ослаблено вибрацией рельса, небольшим его вертикальным изгибом (т.н. «обратная волна») и не имеет пригруза от подвижного состава.
Если выброс пути происходит в этом месте, то происходит сход с пути локомотива и первых вагонов, а не последних, как было в приведенном случае. Дело в том, время процесса выброса - 0,2 с на длине 40-50 см, а скорость грузового поезда до 80 км/ч.
|
|
|
2. Выброс пути происходит только наружу кривой, а не внутрь, как было указано в первом заключении (рис.). Общеизвестно, что при нагревании рельсы удлиняются и реализуется это удлинение только изгибом рельса наружу кривой.
3. Устойчивость бесстыкового пути складывается из трех составляющих:
· сопротивление шпал поперечному сдвигу в балласте - 65-70 %;
· сопротивление рельсов горизонтальному изгибу - 20 %;
· жесткости рельсошпальной решетки (в узлах закрепления) изгибу в горизонтальной плоскости - 10 %.
В свою очередь, доля поперечного сопротивления сдвигу шпал складывается из сопротивления по основанию - 65-70%, сопротивления по боковым поверхностям - 35-40 % и сопротивления торцов шпал - 8-10 %.
При отсутствии балласта у торцов шпал и заполнении шпальных ящиков на 1/2 сопротивление сдвигу шпал поперек пути составит 50+20+0 = 70 % от сопротивления сдвигу при типовой балластной призме.
4. В соответствии с ТУ 2000 допускаемое повышение температуры рельсов относительно температуры их закрепления в кривой радиусом 637 м - 42 0С. поскольку сопротивление сдвигу пути уменьшено на 70 %, то и допускаемое повышение температуры необходимо снизить. С учетом влияния трех факторов, указанных в п.3 это снижение составит 70 * 0,7 + 20 + 10 = 79 %.; 42 0С * 0,79 = 33 0С.
Поскольку бесстыковые рельсовые плети были закреплены при температуре +25 0С, сход поезда произошел при +38 0 С. то перепад температур был 13 0С, что в 2,5 раза меньше допустимого. При таком перепаде выброс пути не возможен даже при имевшем место ослаблении его сопротивления.
5. Результаты исследований ВНИИЖТа как на стендах, так и в пути показывают, что сопротивление по подошве является основным при поперечном перемещении шпалы (рис 2). При увеличении вертикальной статической нагрузки доля сопротивления балласта по торцу и боковой поверхности снижается. Если без нагрузки она составляет 33-65 %, то при нагрузке 100 кН она снижается до 8-10 %.
Следовательно, отсутствие щебня в шпальных ящиках и у торцов шпал значительно снижает сопротивление поперечному сдвигу пути без поезда, а под поездом не оказывает существенного влияния.
При повышении температуры рельсов летом в кривой возрастают величины поперечных сил, тем интенсивнее, чем меньше радиус кривой (рис3). Нагрев рельсов на 13 0С вызывает незначительный рост температурной силы. При сравнении сил сопротивления сдвигу пути без поезда и под поездом (рис. 4) можно увидеть, что сдвиг пути под поездом в десятки раз менее вероятен, чем без него.
На основе проведенного анализа сделаны выводы:
* выброс пути под поездом при действии только температурных сил невозможен;
* при достижении температурными силами критических значений выброс пути возможен только перед поездом или после него, т.е в местах некоторого ослабления сопротивления вследствие вибрации пути;
* выброс пути в кривых происходит только наружу, а не внутрь как было в рассматриваемом случае.
Экспертная комиссия указала на истинные причины крушения:
· вследствие значительного крена вагона внутрь кривой (возвышение100 мм, отрицательное ускорение -0,46 м/с2 при допустимом -0,3 м/с2), а также из-за увеличении сопротивления в пятнике, тележка при переходе из кривой в переходную кривую не смогла изменить своего положения вписывания и шлас перекосом;
· к направляющей поперечной силе по внутренней нитке добавилась поперечная
составляющая большой силы тяги (поезд шел на подъем) и под действием этих сил произошел сдвиг пути внутрь кривой, а не температурный сдвиг;
высокий центр тяжести вагона-зерновоза с грузом 47 т способствовал увеличению крена вагона, а следовательно и крушению.
К сожалению, в акте служебного расследования отсутствуют материалы обследования состояния опорных и ходовых частей вагона, что является нарушением.
|
|
|
Сходы из-за изломов рельса
На железных дорогах России лежат одни из самых прочных рельсов в мире. В главных путях лежит из общего числа рельсов: Р65 - 92%, термоупрочненных - 79%, протяжение бесстыкового пути - 39%.
Вместе с тем ежегодно из пути изымают по 70-100 шт дефектных рельсов на 100 км пути, вт.ч. 20 - 40шт/100 км остродефектных рельсов. Проведен анализ распределения изъятых за 8 лет рельсов из бесстыкового пути линии Санкт -Петербург - Москва:
Группа дефектности I II III IV V VI VII IX
Изъято рельсов, % 37,8 20,5 4,3 1,2 28,6 5,9 0,5 1,2
Самые опасные - дефекты контактно-усталостного происхождения, особенно приводящие к поперечным трещинам и изломам рельсов (I группа) Выколы, выщербины металла на рабочей выкружке головки (дефект 11.1-2) достигают более 1/3 всех повреждений, а вместе с II группой (дефекты 20 и 21) - более половины всех повреждений.
Вызывает беспокойство изъятие более 1/4 рельсов по дефектам V группы. Наиболее опасным считается дефект 53,1, при котором рельс в зоне стыка распадается на много небольших кусков (иногда до 20 шт. на 1 м). Опасность состоит еще и в том, что обнаружить такой дефект из-за малой величины трещины не всегда представляется возможным современными средствами.
Основными причинами появления дефектов 53.1 являются:
· Некачественное изготовление фасок как в болтовых отверстиях (при изготовлении на заводе и при ремонте), так и по контуру торца рельса.
· Неупрочнение болтовых отверстий.
· Плохое содержание стыков.
Особое внимание необходимо обратить на дефекты VI группы. В приведенном распределении эта группа занимает только 5,9% от всех дефектов.Изломы рельсов из-за коррозионо-усталостной трещины в подошве рельса (дефект 69) до 1984 г. на железных дорогах СССР случались крайне редко. С 1969 по 1972 г. было только 26 изломов. Но с 1984 г. такие изломы стали возникать чаще. С 1987 по 1954 г. было уже 700 изломов, т.е. около 100 в год или в 15 раз больше, чем в начале 70_х годов. Из 214 изломов рельсов в 2000 г. на железных дорогах России 20% изломов были из-за дефекта 69 и 18% - из-за дефекта 53. На Московской железной дороге по дефекту 69 в 1994 г. было 50% от всех изломов под поездами, а в1999 г. - 30%.
|
|
|
Анализ сведений о изломах рельсов на Московской и Октябрьской дорогах показал, что около 80% трещин, вызывающих изломы, возникают в середине подошвы на расстоянии до 30 мм от оси рельса и только около 8% - от кромки подошвы. В зону проекции шейки рельса, в которой можно с всокой вероятностью обнаружить и х средствами дефектоскопии, попадает около 30% трещин в начальной стадии развития.
К моменту излома площадь трещин в 55% случаев становится около 40 мм2. Однако, около 10% изломов возникало от трещин площадью 10 мм2. Шириной 5 мм и глубиной 2,5 мм.
Такие трещины возникают главным образом в бесстыковом пути на железобетонных шпалах. Изломы равновероятны в любом месте рельсовой плети. Они возникают после пропуска по рельсам более 250 млн. т. брутто, а основное их количество (70%0 - после прохода более 400 млн.т. брутто. В период 8 месяцев, когда балласт находился в талом состоянии, случалось около 40% изломов от общего их числа, а за 4 зимних месяца - около 60% изломов.
Примеры сходов. На Горьковской железной дороге 16.07.2000 г. произошло крушение грузового поезда при скорости 70 км/ч. Из-за излома рельса четыре грузовых вагона сошли с пути и нарушили габарит по соседнему пути, по которому шел рельсосмазыватель со скоростью 70 км/ч. От столкновения с сошедшими вагонами дополнительно сошли с рельсов электровоз, классный вагон о рельсосмазыватель. Травмирован машинист, исключен из инвентаря вагон, разрушено 200 м пути и 250 м контактной сети..
Расследование причин излома рельса, который распался на 6 кусков с отколом части головки и шейки на длине 1200 мм, показало следующее. Усталостная поперечная трещина в головке рельса (дефект 21.2) образовалась от пробоксовки (дефект 14) глубиной 1 мм в стыковой зоне на расстоянии 765 мм от принимающего конца рельса. Из-за неудовлетворительного содержания стыка наблюдались повышенные динамические воздействия от колес поездов, ускорившие процесс развития трещины.
На Читинском отделении Забайкальской железной дороги 20.01.01 г. произошло крушение грузового поезда из-за излома рельса в составной кривой с радиусами 293, 1116 и 415 м. В результате 24 вагона исключены из инвентаря, подлежал текущему ремонту электровоз ВЛ80, разрушено 300 м пути. перерыв движения - 9 часов по нечетному пути и 24 часа по четному.
Причиной крушения явилось разрушение в стыке отдающего конца рельса из-за трещины по первому болтовому отверстию (дефект 52.1). рельс распался на 6 кусков с отколом головки на длине 730 мм от торца. Все это отнесли на неудовлетворительное содержание стыка. Размера трещины позволяли выявить ее средствами дефектоскопии.
Последний пример еще раз показал необходимость улучшения качества работы операторов дефектоскопных средств. Все еще нередки случаи ошибок операторов дефектоскопов Так из-за их ошибок сломались под поездами в 1993 г. 490 рельсов, в 1998 - 265 шт., 1999 - 198 шт., 2000 г. - 214 шт.
