Лекция 4.Определение величины зазора в месте разрыва рельсовой плети

Лекция 3. Контроль за напряженным состоянием рельсовых плетей в процессе их эксплуатации. Определение условий устойчивости бесстыкового пути по методике ВНИИЖТа при угоне рельсовых плетей

3.1.Существующая методика поддержания температурного режима рельсовых плетей в процессе их эксплуатации.

Поддержание температурного режима рельсовых плетей по ТУ БП - 2000 предусмотрено только при угоне рельсовых плетей и реализуется выполнением следующего комплекса работ.

3.1.1.Предварительные работы:

устройство в пути маячных шпал через 100м (приблизительно) и разметка несмываемой краской меток на подошве и шейке рельса таким образом, чтобы край подкладок и метка на рельсе совпадали. Разметка краской производится при закреплении рельсовых плетей при оптимальных температурах (t ₀ = t _З , Δ t = 0) и, следовательно, совпадение меток на рельсах с краем подкладок означает отсутствие угона плети, а несовпадение меток – наличие угона и дополнительных к температурным продольных сил.

Рис. 3.1 "Маячная" шпала для контроля угона пути: 1- риска; 2- линия совмещения риски с кромкой подкладки

Периодические измерения подвижек (λ) рельсовых плетей по меткам выполняются вручную при помощи линейки с миллиметровыми делениями. Результаты замеров (с точностью до мм) заносятся в “Журнал подвижек рельсовых плетей”.

По результатам замера подвижек и их анализа согласно ТУ БП – 2000 принимаются следующие меры:

- При подвижках контрольных сечений в пределах 1-5 мм формируется ведомость подвижек и назначается следующий комплекс профилактических работ: проверка состояния скреплений, замена дефектных элементов, смазка резьбы, подтяжка клеммных и закладных болтов.

- При подвижках контрольных сечений в пределах 6-10 мм также назначается комплекс профилактических работ и, дополнительно к ним, определяются (расчетным путем):

- изменение расстояний (удлинение или укорочение) между смежными контрольными сечениями ∆l,

- отклонения фактической температуры закрепления Δ t _уг от первоначальной t _З (на плетях длиной более 800 м)

- новые (с учетом угона рельсовых плетей) температуры закрепления t ₀

- вносятся изменения температуры закрепления в учетные документы рельсовых плетей плети порядком, установленным ТУ БП – 2000.

- при подвижках контрольных сечений более 10 мм назначается регулировка напряжений.

В настоящее время, перечисленные измерительные и расчетные работы выполняются вручную.

3.1.2. Определение фактического изменения длины отрезка рельсовой плети между сечениями на “ маячных” шпалах (∆l_Ф) определяется как разность измеренных значений перемещений сечений последующего (по ходу километров) λ _i+1 и предыдущего λ _i сечений по формуле

∆l_Ф = λ _i+1 – λ _I (3.1)

3.1.3. Определение удельного температурного эквивалента при угоне рельсовых плетей (∆ t _{уг. уд.}).

Удлинение ∆ l стержня длиной l от действия силы P равно:

∆ l = (3.2.)

Где: E – модуль упругости материала стержня, F - площадь поперечного сечения стержня.

Удлинение ∆ l стержня длиной l при его нагреве на ∆ t ºС равно

∆ l = α L ∆ t (3.3.)

Где: α – коэффициент линейного расширения материала стержня

Так как в ТУ БП – 2000 (п.4.2) принято заменять состоявшееся изменение длины ∆ l отрезков рельсовой плети длиной l под действием механических сил при угоне действием температурных сил, то температурный эквивалент состоявшегося изменения длины определим приравнивая (3.2.) и (3.3.) и решая это равенство относительно ∆ t.

= α L ∆ t; ∆ t = (3.4.)

Принимая (по определению) P / F = σ; σ / Е = ε; ε = ∆ l / l

и подставляя их в (3.4.), имеем

∆ t = ∆ l / l (°С) (3.5.)

Принимая α = 11,810^-6 1/град и ∆ l в мм. получим

∆ t = 85 ∆ l / l (°С)(3.6.)

Принимая ∆ l= 1мм и l= 100м,имеем

∆ t _{уг. уд} =0, 85 (°С) (3.7.)

3.1.4. Определение отклонения фактической температуры закрепления рельсовых плетей при угоне рельсовых плетей.

Согласно ТУ БП- 2000 отклонение температуры закрепления рельсовых плетей определяется на каждой “маячной” шпале, т.е. через 100 м.

В этих случаях, отклонение фактической температуры закрепления рельсовых плетей ∆ t _УГ при угоне рельсовых плетей, равном ∆ l мм равно

∆ t _УГ = ∆ t _{уг. уд} ∆ l = 0,85 ∆ l (°С)(3.8.)

3.1.5.Определение новой (фактической) температуры закрепления рельсовых плетей при их угоне.

Новая (фактическая) температура закрепления рельсовых плетей при сокращении длины отрезка плети между смежными “маячными” шпалами

t _0.УГ определится по формуле

t _0.УГ. = t _З - ∆ t _УГ (3.9.)

3.1.6. Определение условий устойчивости в местах угона рельсовых плетей.

Условие устойчивости бесстыкового пути в местах угона рельсовых плетей неравенством:

t _0.УГ. ≥ min t _З (3.10.)

В настоящее время разрабатывается методика и технические средства для автоматизированного выполнения всех работ, предусмотренных ТУ – 2000, при помощи путеизмерителя КВЛ П и последующих его модификаций.

3.2. Разрабатываемая методика контроля за температурным режимом рельсовых плетей в процессе их эксплуатации.

3.2.2. Перечень и примерные виды выходных форм.

Ф - 1	Журнал учета подвижек рельсовых плетей
Вед.1	Ведомость участков рельсовых плетей, требующих по результатам подвижек λ выполнения профилактических работ
Вед.2	Ведомость участков рельсовых плетей, требующих по результатам подвижек λ определения ∆l и t0.
Вед.3	Ведомость участков рельсовых плетей, требующих (по результатам определения ∆l > 10 мм) регулировки их напряженного состояния.
Вед.3а	Ведомость нейтральных температур t 0, полученных по результатам изменения длины отрезков между маячными шпалами.
Вед.4	Ведомость рельсовых плетей, требующих (по результатам определения ∆l < 10 мм) корректировки t 0 в учетных документах
Вед.5	Ведомость рельсовых плетей, требующих ввода в оптимальный интервал закрепления по результатам выполнения условий: t 0 < min t 3, t0 > max t3
Вед.6	Ведомость участков рельсовых плетей для ограничения скоростей движения поездов до 40 км/ч.

Разрыв рельсовой плети может произойти зимой под действием боль­ших температурных растягивающих сил. В местеразрыва образуется зазор, от величины которого зависит безопасность движения поездов.

Максимальная величина зазора будет в случае разрыва плети при

мини­мальной температуре рельса t _{min min} или при изменении температуры рельса

∆ t _u =t₀ - t _{min min} , (4.1)

где t₀ - нейтральная температура закрепления рельса (можно принять t₀ =max t _{З. ОПТ}).

В месте излома (точка А рис.4.1 ) температурные напряжения равны нулю, ав пределах подвижных концов на длине l_И они возрастают до величины

σ _t = 2.5 ∆t _u (рис. 4.1). Длина подвижных участков в момент разрыва плети

(4.2)

— максимальная температурная сила, кН;

— погонное сопротивление зимой ( = 25 кН/м):

F — площадь поперечного сечения рельса, м².

Рис. 4.1. Расчетная схема определения зазора в месте разрыва рельсовой плети: P_t — продольная температурная сила; Р_п — сопротивлении продольному переме­щению рельса в накладках; F— площадь поперечного сечения рельса; ∆t_u — ин­тервал понижения температуры (относительно нейтральной) к моменту разрыва рельсовой плети; —длина перемещения конца рельса после разрыва;—зим­нее погонное сопротивление скреплений продольному перемещению рельса; λ_и— величина зазора в месте разрыва рельсовой плети

Величина зазора в месте разрыва плети

λ_и = (4,3)

Величина зазора прямо пропорциональна квадрату изменения темпе­ратуры рельса и площади поперечного сечения рельса и обратно пропор­циональна погонному сопротивлению сдвигу рельса по опорам. Следо­вательно, пользуясь зависимостью (4.3), можно решить две задачи:

· определить величину крутящего момента на гайках клеммных болтов, при котором зазор не превысит допустимую величину 50 мм;

· определить среднюю величину крутящего момента по известной величине раскрытия зазора при разрыве рельсовой плети.

Величина крутящего момента на гайках клеммных болтов

(4.4)

где N₀ — число шпал на1 км.

Размерности величин: а, 1/°С; Е_, Па; F, м²; , °С; λ_и, м.

Величина крутящего момента должна быть не менее 100 Нм.

После подстановки известных величин получим формулы для опре­деления величин зазоров, мм,:

λ_Р65 = 0,24 ∆t _u / (4.5)

А если принять Р₃ = 25 кН/м, то

λ_Р65 = 0,010 ∆t _u² (4.6)

Увеличение начальных зазоров, мм, между концами плетей и уравнительных рельсов приблизительно можно подсчитать по формуле:

∆λ_Р65 = 0,005 (∆t _u - 7) ² (4.6)

Пример 4.1.Приняв за температуру закрепления min t _з.опт., определить величину зазора при разрыве рельсовой плети при М _К = 150 нм и М _К = 100 нм.

Лекция 5 Определение условий устойчивости бесстыкового пути по методике ВНИИЖТа при отступлениях от норм содержания в плане.

5.1. Определение отклонения фактической температуры закрепления рельсовых плетей при отступлениях от норм содержания в плане (Δ t _РИХ).

5.1.1.Определение зависимости R _min (Δ f). Фактические отступления от норм содержания пути в плане измеряются вагонами-путеизмерителями КВЛ П и программным обеспечением бортовой автоматизированной системы (БАС) КВЛ П и в настоящее время пересчитываются виде отклонений Δ f от номинальной стрелы изгиба f_н, для хорды L = 20,0 м.Отступленияфактических стрел изгиба Δ f _max от номинальных значений f_н до максимальных значений f _max. Установлены нормативным документом [2] вызывают уменьшение номинальных значений R_н радиуса до значений R _min.

При этом

f _max.= f_н. + Δ f _max. (5.1)

(5.2) .(5.3)

При хорде L = 20,0 м

(5.4)

Таким образом, при каждом отступлении от норм содержания в плане в каждой кривой вместо R _н и f _н имеем R _{min <} R _н и f _max.> f _н

Измененным параметрам плана (R _min, f _max) соответствуют другие (меньшие) предельные превышения температур, обеспечивающие поперечную устойчивость пути.

5.1.2. Определение зависимости Δt (Δf)_. Предельные превышения температур, обеспечивающие поперечную устойчивость пути, определяются зависимостью

Δt = 60,6 – 9360/ R _н (5.5)

Изменение превышений температур по условию устойчивости (ΔΔt_Δf) для сечения пути, имеющего максимальное отступление от норм содержания в плане можно выразить зависимостью.

ΔΔt_Δf = - (5.6)

Подставляя в (5.6) (5.5) и (5.4) имеем

ΔΔt_Δf = 60,6 – 9360/ R _н -= 0,187 Δf

То есть при хорде L = 20 м,

ΔΔt_Δf = 0,187 Δf (5.7)

При Δf = 1мм из (5.7) видно, что удельное изменение стрелы изгиба на каждый мм (ΔΔt_{Δf уд}) снижает превышение температуры на 0,187 °С т.е

ΔΔt_{Δf уд} = 0,187° С (5.8)

Или (используя терминологию ТУ-2000) отклонение фактической температуры закрепления рельсовых плетей при отступлении от номинальной стрелы изгиба на 1 мм составит 0,187 ° С

Δ t _О.П,УД = 0,187 ° С (5.9)

При отступлении от номинальной стрелы изгиба или норм содержания, равном Δf, мм (Δf > 0)

Δ t _О.П = Δ t _О.П.УД · Δf (5.10)

5.1.3. Определение зависимости Δ t_О.П (R _MIN) _.

C целью выявления слабейшего по условиям устойчивости сечения кривой необходимо определить сечение с наименьшим радиусом R _MIN.

Выявление такого сечения можно осуществить непосредственно непрерывным измерением и записью текущего радиуса кривой. В настоящее время над этой задачей работает НПЦ ИНФОТРАНС – единственный в РФ производитель путеизмерителей с бортовой автоматизированной системой (БАС). Предполагается следующий алгоритм оценки устойчивости бесстыкового пути. (рис.5.1)

конец

В этом случае (т.е. при непосредсвенном непрерывным измерением радиуса кривой) отклонения фактической температуры закрепления рельсовых плетей при отступлениях от норм содержания в плане(Δ t _О.П) определяются следующим образом.

Нормативные значения допускаемых превышений температуры рельсовых плетей во всех ТУ - БП, действовавших с 1960 по 2000 г. г.[6], доводились до пользователя в табличной форме (см. таблицу 5.1)

Таблица 5.1

R	∞
[ Δty ] по(6)

Указанные числовые значения [ Δt_у ] достаточно точно аппроксимируются линейной функцией

[ Δt_у ] = [58 – 9360/R]· К _эп. (5.11.)

где: К _эп – коэффициент, зависящий от эпюры шпал и равный при 1840 шп /км

К _эп = 0,92, при 2000 шп /км К _эп = 1,0.

Многолетняя практика эксплуатации бесстыкового пути в Советском Союзе и России не выявила каких-либо замечаний к зависимости (5.11), поэтому указанную зависимость без больших погрешностей можно использовать для определения [Δ t_у ] в зависимости от R, в том числе для паспортных значений (R _П) радиуса кривой или фактически измеренного значения радиуса (R _Ф).

Таким образом, зная R _П и минимальное значение фактически измеренного в пределах каждой круговой кривой радиуса (min R _Ф) для участков круговой кривой, где

R _П < R - отклонение фактической температуры закрепления рельсовых плетей

(∆ t _О.ПЛ)ввиду отклонения R_П до min R _Ф определится следующим образом:

∆ t _О.ПЛ = [Δ t] _RП – [Δ t] _{MIN. RФ} = [58 – 9360/ R_П]· К _эп - [58 – 9360/ min R_Ф]· К _эп

∆ t _О.ПЛ = К _эп 9360 (1/ min R_Ф - 1/ R_П) (5.12)

Таким образом, в кривых участках пути отклонение фактической температуры закрепления рельсовых плетей (∆ t _О.ПЛ) можно определить по зависимостям (5.10) или (5.12).

5.2. Определение новой (фактической) температуры закрепления рельсовых плетей при отступлениях от норм содержания в плане.

Значение новой (фактической) температуры закрепления участка рельсовой плети в местах отступлений от норм содержания в плане определится по формуле

t _О.О.ПЛ = t _З - ∆ t _О.ПЛ (5.13)

5.3. Определение условий устойчивости мест с отступлениями от норм содержания в плане.

Условие устойчивости бесстыкового пути в местах отступлений от норм содержания в плане определяется неравенством:

t _О.О.ПЛ ≥ min t _З (5.14)

Форма температурной диаграммы работы бесстыкового пути приведена на рис. 2.1.

Пример 5.1. По заданным значениям скорости движения поездов в кривой радиусом

R ₂ и 3- ей степени отступления от норм содержания определить по методике ВНИИЖТа

5.1 - отклонения фактической температуры закрепления от первоначальной,

5.2- новую температуру закрепления,

5.3. Определить условия устойчивости бесстыкового пути в месте отступления от норм содержания в плане.

5.4. построить температурную диаграмму, приняв за температуру закрепления

min t _з.опт.